BAB II KAJIAN PUSTAKA. bukan bersifat degeneratif ataupun kongenital, melainkan akibat kekuatan

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Definisi Cedera Otak Cedera otak adalah proses patologis jaringan otak yang bukan bersifat degeneratif ataupun kongenital, melainkan akibat kekuatan mekanis dari luar, yang menyebabkan gangguan fisik, fungsi kognitif, dan psikososial. Gangguan ini dapat bersifat menetap atau sementara dan disertai hilangnya atau berubahnya tingkat kesadaran (Valadka, 1996). Berdasarkan mekanismenya cedera otak di bagi atas cedera otak tumpul dan cedera otak tembus/tajam ( penetrating head injury) (Valadka, 1996). Kontusio serebri yang dimaksud dalam penelitian ini didasarkan pada penilaian klinis dengan Glasgow Coma Scale (GCS) dan CT-scan kepala dimana didapati adanya intracerebral hemorrhage yang tidak ada indikasi operasi. Cedera kepala kami bagi atas:cedera kepalasedang (CKS) dengan GCS 9-13 dan cedera kepala berat (CKB) dengan GCS 38.

2.2 Patofisiologi Cedera Otak Patofisiologi cedera otak ditinjau darisaat kejadiannya terdiri atas cedera otak primer yaitu kerusakan jaringan otak langsung akibat trauma dan cedera otak sekunder yaitu akibat perluasan kerusakan pada jaringan otak melalui proses patologis yang berlanjut (Cohadon , 1995).

12

Universitas Sumatera Utara

2.2.1 Cedera Otak Primer Cedera otak primer adalah akibat cedera langsung dari kekuatan mekanik yang merusak jaringan otak saat trauma terjadi (hancur, robek, memar, dan perdarahan). Cedera ini dapat berasal dari berbagai bentuk kekuatan/tekanan seperti akselerasi rotasi, kompresi, dan distensi akibat dari akselerasi atau deselerasi. Tekanan itu mengenai tulang tengkorak, yang dapat memberi efek pada neuron, glia, dan pembuluh darah, dan dapat mengakibatkan kerusakan lokal, multifokal ataupun difus (Valadka, 1996). Cedera otak dapat mengenai parenkim otak dan / atau pembuluh darah. Cedera parenkim berupa kontusio, laserasi atau diffuse axonal injury (DAI), sedangkan cedera pembuluh darah berupa perdarahan epidural, subdural, subarachnoid dan intraserebral (Graham, 1995), yang dapat dilihat Pada CT-scan. Cedera difus meliputi kontusio serebri, perdarahan subarachnoid traumatik dan DAI. Sebagai tambahan sering terdapat perfusi iskhemik baik fokal maupun global (Valadka, 1996). Kerusakan iskhemik otak dapat disebabkan oleh beberapa faktor seperti hipotensi, hipoksia, tekanan intrakranial /Intracranial Pressure (ICP) yang meninggi, edema, kompresi jaringan fokal, kerusakan mikrovaskularpada fase lanjut (late phase), dimana terjadi vasospasme (Vazquez-Barquero,1992; Ingebrigtsen, 1998). Keadaan setelah cedera kepala dapat dibagi menjadi: 2. Fase awal (fase 1, segera, dengan hipoperfusi), 3. Fase intermediate (fase 2, hari 1-3, tampak hyperemia) dan


4. Fase lanjut vasospastic (fase 3, hari ke-4-15), dengan reduksi aliran darah (Ingebrigtsen, et al. 1998). Perbedaan fase ini berhubungan jelas dengan variasi regional Cerebral Blood Flow (CBF), dan reduksi aliran darah ke sekitar inti iskhemik

(ischemic

core)

yang

tidak

memberi

respon

terhadap

bertambahnya Cerebral Perfusion Pressure (CPP) (Andersson, 2003).

2.2.2 Kontusio Serebri (memar otak) Kontusio serebri merupakan cedera fokal kepala yang paling sering terjadi.Dilaporkan

bahwa

89%

mayat

yang

diperiksa

postmortem

mengalami kontusio serebri (Cooper, 1982).Depreitere et al melaporkan bahwa kasus kontusio serebri paling sering disebabkan oleh kecelakaan lalu lintas, jatuh dari ketinggian dan cedera olahraga (Depreitere B, 1982).Kontusio

serebri

adalah

memar

pada

jaringan

otak

yang

disebabkan oleh trauma tumpul maupun cedera akibat akselerasi dan deselerasi yang dapat menyebabkan kerusakan parenkim otak dan perdarahan mikro di sekitar kapiler pembuluh darah otak.Pada kontusio serebri terjadi perdarahan di dalam jaringan otak tanpa adanya robekan jaringan yang kasat mata, meskipun neuron-neuron mengalami kerusakan atau terputus. Pada beberapa kasus kontusio serebri dapat berkembang menjadi perdarahan serebral. Namun pada cedera berat, kontusio serebri sering disertai dengan perdarahan subdural, perdaraham epidural, perdarahan serebral ataupun perdarahan subaraknoid (Hardman, 2002).


Freytag dan Lindenberg (1957) mengemukakan bahwa padadaerah kontusio serebri terdapat dua komponen, yaitu daerah inti yang mengalami nekrosis dan daerah perifer yang mengalami pembengkakan seluler yang diakibatkan oleh edema sitotoksik. Pembengkakan seluler ini sering dikenal sebagai pericontusional zone yang dapat menyebabkan keadaan lebih iskemik sehingga terjadi kematian sel yang lebih luas. Hail ini

disebabkan

oleh

kerusakan

autoregulasi

pembuluh

darah

di

pericontusional zone sehingga perfusi jaringan akan berkurang akibat dari penurunan mean arterial pressure (MAP) atau peningkatan tekanan intrakranial. Proses pembengkakan ini berlangsung antara 2 hingga 7 hari. Penderita yang mengalami kontusio ini memiliki risiko terjadi kecacatan dan kejang di kemudian hari (Davis G, 2009 ).

Gambar 1. Mekanisme Terjadinya Kontusio Kepala (Mesiano, 2010)

Penyebab penting terjadinya lesi kontusio adalah akselerasi kepala yang juga menimbulkan pergeseran otak dengan tulang tengkorak serta


pengembangan gaya kompresi yang destruktif. Akselerasi yang kuat akan menyebabkan hiperekstensi kepala.Oleh karena itu, otak membentang batang otak terlalu kuat, sehingga menimbulkan blockade reversible terhadap lintasan asendens retikularisdifus.

Akibat hambatan itu, otak

tidak mendapat input aferen sehingga kesadaran hilang selama blockade reversible berlangsung (Liau et al, 1996).

2.2.3 Diffuse Axonal Injury Diffuse axonal injury merupakan istilah yang kurang tepat, sebab ini bukan merupakan cedera difus pada seluruh daerah otak. Cedera yang terjadi lebih dominan pada area otak tertentu yang mengalami percepatan yang tinggi dan cedera deselerasi dengan durasi yang panjang. DAI merupakan ciri yang konsisten pada cedera kepala akibat kecelakaan lalu lintas dan beberapa olahraga tertentu. Gambaran patologi secara histologi dari DAI pada manusia adalah terdapat kerusakan yang luas pada akson dari batang otak, parasagittal white matter dari korteks serebri, korpus kallosum dan gray-white matter junction dari korteks serebri(Smith et al, 1999). Pada DAI ringan dan sedang umumnya tidak terdapat kelainan pada pemeriksaan radiologi baik CT-scan dan MRI. Namun pada pemeriksaan mikroskopis akan dijumpai akson-akson yang membengkak dan putus. Mekanisme utama terjadinya DAI adalah akibat dari pergerakkan rotasional dari otak saat akselerasi dan deselerasi. Hal ini diakibatkan oleh perbedaan densitas dari jaringan otak yaitu jaringan


white matter lebih berat dibandingkan grey matter. Pada saat otak mengalami rotasi akibat kejadian akselerasi-deselerasi, jaringan dengan densitas lebih rendah bergerak lebih cepat dibandingkan dengan jaringan dengan

densitas

lebih

besar.

Perbedaan

kecepatan

inilah

yang

menyebabkan robekan pada akson neuron yang menghubungkan grey matter dan white matter(Smith et al, 1999). Terdapat dua fase dari cedera aksonal pada DAI yaitu fase pada cedera primer dan cedera sekunder atau fase lambat. Pada cedera primer robekkan akson terjadi akibat regangan saat kejadiaan. Sedangkan pada fase

lambat

terjadi

perubahan

biokimia

yang

mengakibatkan

pembengkakan dan putusnya akson-akson. Perubahan biokimia yang terjadi yaitu peningkatan influks natrium yang juga memicu influks kalsium. Peningkatan kadar kalsium ini akan menyebabkan aktifnya calsiummediated proteolysis. Kerusakan akson menyebabkan kerusakan dari pengangkutan sehingga terjadi penunmpukan di dalam akson yang membengkak. Kerusakan akson yang luas akan menyebabkan atrofi otak dengan ventrikulomegali yang dapat menyebabkan kejang, spastisitas, penurunan fungsi intelektual dan yang paling berat adalah vegetative state (Blumbergs, 2011).

2.2.4 Cedera Otak Sekunder Cedera otak sekunder merupakan lanjutan dari cedera otak primer yang dapat terjadi karena adanya reaksi inflamasi, biokimia, pengaruh neurotransmitter, gangguan autoregulasi, neuro-apoptosis dan inokulasi


bakteri.Melalui mekanisme Eksitotoksisitas, kadar Ca++

intrasellular

meningkat, terjadi generasi radikal bebas dan peroxidasi lipid. Faktor intrakranial (lokal) yang memengaruhi cedera otak sekunder adalah adanya hematoma intrakranial, iskemia otak akibat penurunan tekanan perfusi otak, herniasi, penurunan tekanan arterial otak, Tekanan Tinggi Intrakranial (TTIK), demam, vasospasm, infeksi, dan kejang (Cohadon, 1995). Sebaliknya faktor ekstrakranial (sistemik) yang dikenal dengan istilah nine deadly H’s adalah hipoksemia (hipoksia, anemia), hipotensi (hipovolemia, gangguan jantung, pneumotorak), hiperkapnia (depresi nafas), hipokapnea (hiperventilasi), hipertermi (hipermetabolisme/respon stres), hiperglikemia, hipoglikemia, hiponatremia, hipoproteinemia,dan hemostasis (Cohadon, 1995).Beratnya cedera primer karena lokasinya memberi efek terhadap beratnya mekanisme cedera sekunder (Li, 2004).

2.3

Penilaian Tingkat Kesadaran Cedera Otak Metode

yang

dipakai

dalam

mengukur

derajat

keparahan

berdasarkan tingkat kesadaran cedera otak adalah beraneka ragam, seperti GCS, Glasgow Liege Scale, Glasgow Pittsburg Coma Scoring system, Head Injury Watch Sheet, Maryland Coma Scale, dan Leeds Coma Scale. Dalam penelitian ini dipakai GCS. GCS cukup konsisten dan objektif ketika dilakukan oleh penilai yang berbeda. Penilaian GCS cukup sederhana, serta dapat berguna sebagai pedoman terapi dan pemberi informasi tentang prognosis (Stein, 1996). Kendala GCS adalah jika


penderita mengalami edema palpebra atau terintubasi, maka akan ada variabel yang tidak bisa dinilai (Feldman et al, 1996). Penilaian Glasgow Coma Scale

(Teasdale dan Jennett, 1974)

adalah sebagai berikut: 8. Respon buka mata 4.1 spontan 4 4.2 atas perintah 3 4.3 rangsangan nyeri 2 4.4 tidak ada 1 9. Respon motorik a. menurut perintah 6 b. melokalisir nyeri 5 c. fleksi normal 4 d. dekortikasi 3 e. deserebrasi 2 f. flasid 1 10. Respon verbal a. orientasi baik 5 b. mengacau/bingung 4 c. kata-kata tidak teratur 3 d. tidak jelas 2 e. tidak ada 1


2.4 Skala Fungsional Barthel’s Index Skala Barthel atau Index Activities of Daily Living (ADL) Barthel merupakan skala untuk mengukur kemampuan seseorang dalam melakukan aktivitas dasar dan mobilisasi.Semakin tinggi nilai yang diperoleh dalam pemeriksaan, semakin tinggi pula kecenderungan atau kemampuan seseorang untuk hidup mandiri setelah dipulangkan dari rumah sakit.Skala pengukuran ini diperkenalkan pada tahun 1965 oleh Mahoney dan Barthel dengan menampilkan rentang penilaian dari 0-100. Meskipun versi aslinya telah dipergunakan secara luas, skala ini telah mengalami modifikasi oleh Granger dkk pada tahun 1979, dan rentang penilaiannya menjadi 0-10 point untuk tiap variabelnya. Perbaikan selanjutnya diperkenalkan pada tahun 1989.Barthel index diukur pada saat awal terapi dan secara berkala selama terapi sampai diperoleh keuntungan yang maksimum (Mahoney and Barthel, 1965).

2.5 Mini – Mental State Examination (MMSE) MMSE merupakan suatu skala terstruktur yang terdiri atas tiga puluh poin yang dikelompokan menjadi tujuh kategori: orientasi terhadap tempat (negara, provinsi, kota, gedung dan lantai), orientasi terhadap waktu (tahun, musim, bulan, hari dan tanggal), registrasi (mengulang dengan cepat tiga kata), perhatian dan konsentrasi (secara berurutan mengurangi tujuh, dimulai dari angka seratus, atau mengeja kata WAHYU secara terbalik), mengingat kembali (mengingat kembali tiga kata yang telah diulang sebelumnya), bahasa (memberi nama dua benda,


mengulang kalimat, membaca dengan keras dan memahami suatu kalimat, menulis kalimat dan mengikuti perintah tiga langkah), dan kontruksi visual (menyalin gambar) (Lezak, 2004; Tombaugh, 1992). Skor yang makin rendah mengindikasikan performa yang buruk dan gangguan kognitif yang makin parah. Skor total berkisar antara 0-30. Skor ini memiliki ambang MMSE yang pertama kali direkomendasikan adalah 23 atau 24, memiliki sensitivitas dan spesifisitas yang baik untuk mendeteksi demensia.Bagaimanapun, beberapa kajian sekarang ini menyatakan bahwa skor ini terlalu rendah, terutama terhadap seseorang dengan status pendidikan tinggi.Skor 27 ini tidak sensitif untuk mendeteksi demensia pada orang dengan status pendidikan tinggi. Tambahan pula skor ambang 24 juga tidak spesifik pada orang dengan status pendidikan rendah (Tombaugh, 1992, Lezak, 2004) Pada tabel 2.1, ditampilkan Interpretasi MMSE yang didasarkan pada skor yang diperoleh pada saat pemeriksaan, yaitu: 1. skor 24-30 yang diinterpretasikan sebagai fungsi kognitif normal 2. skor 17-23 yang berarti probable gangguan kognitif 3. skor 0-16 yang berarti definite gangguan kognitif pemerikasaan (Tombaugh, 1992; Lezak, 2004)


Tabel 2.1. Interpretasi dari Nilai MMSE (Lezak, 2004).

2.6 Konsep Neuroproteksi pada Penumbra Traumatik Konsep ini dikemukakan oleh Symon yang mendukung gagasan bahwa, pada dasarnya ada peluang untuk penyelamatan neuron dan memperkecil lesi permanen.Konsep neuroproteksi timbul dari hasil penelitian patologi dan patofisiologi cedera otak iskemik. Penghentian pemberian oksigen dan glukosa yang tiba-tiba ke jaringan otak akan menghasilkan serangkaian reaksi beruntun atau cascade patologis (pathological cascades) (Jain, 2011). Ada tiga komponen yang aktif pada proses patofisiologis gangguan otak, yaitu eksitotoksisitas, kerusakan oksidatif dan apoptosis.Ketiga komponen ini selain sebagai denominator juga menunjukkan adanya keterkaitan antara faktor dan jalur-jalur penghantaran sinyal yang ditempuh melalui reaksi molekuler.Neuroproteksi terhadap terjadinya apoptosis dilakukan dengan cara menghambat jalur-jalur apoptotik dan/atau merangsang jalur-jalur survival(Jain, 2011).


Dari sekian banyak jalur yang telah diidentifikasi, jelas bahwa keadaan kritis terdapat pada : − aktivasi yang berlebihan reseptor glutamat, − akumulasi ion Ca++ didalam sel, − peran abnormal sel peradangan, − produksi senyawa radikal bebas yang berlebihan sebagai proses hulu,dan terpicunya apoptosis secara patologis sebagai proses hilir. (Jain, 2011; Menon, 2003)

a) Eksitotoksisitas Dengan teknik microdialisis diketahui bahwa faktor signifikan yang dapat

menyebabkan

cedera

otak

sekunder

adalah

asam

amino

eksitotoksik yang keluar berlebihan, seperti glutamate dan aspartate, dan juga neurotoxin lain yang terjadi saat cedera otak primer (Gibbons, 1993). Pada trauma, glutamate yang berlebihan dapat berasal dari sel-sel yang rusak, bocor, atau karena gangguan reuptake dari Glutamat. Signaling dari glutamate adalah vital. Aktivasi yang berlebihan dari reseptor glutamate merupakan awal dari kematian sel yang disebut excitotoxicity (Hetman dan Kharebava, 2006). Glutamate sebagai neurotoxin, pertama digambarkan oleh Lucas dan Newhouse pada 1957.Excitotoxic cell death yang kemudian dijumpai umumnya terjadi pada semua neuron dengan reseptor glutamate (Olney, 1969). Signal glutamate dihantarkan melalui dua macam reseptor, yaitu reseptorionotropic yang kerjanya cepat dan reseptor metabotropic yang


kerjanya lambat. Reseptor ionotropik yangutama bertanggung jawab terhadap excitotoxicity adalah N-methyl-D-aspartate (NMDA). Reseptor yang tergabung dengan saluran ion ini akan membuka saluran ionnya sehingga permiabilitas dinding sel akan meninggi yang mengakibatkan meningginya aliran kalsium (konsentrasi Ca++ diluar dan didalam sel berbanding 10.000:1) dan sodium kedalam sel serta aktivasi dari calcineurin dan calmodulin. Ini cenderung menyebabkan destruksi axon (Lieberman, 2001 dan Masel, 2004). Potasium juga keluar dari sel dan diabsorbsi oleh astrosit.Timbul gangguan keseimbangan ion yang berakibat depolarisasi membrane sel dan influx cairan yang menyebabkan sel bengkak dan cytotoxic edema yang akhirnya dapat menyebabkan kematian sel neuron.Glutamat juga toksik

terhadap

sel-sel

glial,

termasuk

astrosit

dan

oligodendroglia.(Yoshioka, 1995). Astrosit memunyai kapasitas buffer dan terlibat dalam clearance glutamat dari ruang ekstrasellular. Berkurangnya energi selama iskemia dapat menyebabkan sistem regulasi glutamat rusak (Chen dan Swanson, 2003).

b) Kalsium Proses homeostasis kalsium dalam sel sangat penting. Kadar yang meninggi setelah cedera kepala merupakan awal dari proses kematian sel,

dimana

Ca++

merupakan

suatu

second

messenger

dan

signaltransducerpencetus reseptor. Jumlah influks Ca++ bergantung dari sifat cedera mekanik. Pada cedera kepala yang uniaxial, kadar Ca++


intrasellular segera meningkat. Namun kadar Ca++ meningkat paling banyak pada cedera biaxial. Hal ini disebabkan oleh adanya kanal antagonis yang menghambat peningkatan kalsium pada cedera uniaxial tetapi tidak pada cedera biaxial. Ini adalah menunjukkan betapa pentingnya sifat benturan terhadap respon jaringan (Geddes-Klein, 2006). Kumpulan

Ca++

yang

bersifat

toksik

maupun

non-toksik

jalurmasuknya melalui NMDAR yaitu suatu Ligand Gated Anion Channel atau L-type voltage sensitive channel disebut juga Voltage Gated Anion Channel yang terpicu oleh perbedaan potensial pada membran sel berupa depolarisasi (Tymianski & Charltonet al. 1993). Ca++ intrasellular yang meningkat akan memicu pelepasan lebih lanjut Ca++ dari sumber internal seperti retikulum endoplasmic. Kadar kalsium yang tinggi pada sitoplasma akan

memicu

penumpukkan

kalsium

dalam

matriks

mitokondria.

Mitokondria dapat mengisolasi Ca++ melalui mekanisme electrochemical gradient generatedpotential dan rantai transportasi elektron dengan akibat akan terjadi pengurangan sintesa ATP. Kerusakan rantai transportasi elektron cenderung menghasilkan reactive oxygen species (ROS) secara berlebihan, sedangkan pada saat yang bersamaan, terdapat peningkatan kebutuhan ATP untuk mengeluarkan Ca++ melalui plasma membran pump (Schinder, 1996; Robertson, 2004). Kalsium dapat mengaktivasi beberapa enzim seperti lipase, kinase, phosphatase, dan protease. Calpain adalah enzim protease intrasellular yang dapat mengurangi kadar protein neuronal. Aktivasi Calpain yang


berlebihan sangat berperan dalam kaskade neurodegeneratif pada cedera kepala, yaitu memicu kerusakan cytoskeleton dan kematian sel neuronal serta merusak fungsi neurobiologis (Kampfl, 1997).

c) Radikal Bebas Meningginya kadar Ca++ sebagai pencetus aktivasi enzim terlibat dalam

produksi

radikal

bebas.

Pada

keadaan

normal,

oxidative

mitochondrialmetabolism memproduksi sejumlah kecil radikal bebas.Pada trauma, radikal bebas yang timbul berlebihan diproduksioleh enzimnitric oxide synthase yang timbul akibat trauma (iNOS) ini dibedakan dengan eNOS (endothelial NOS yang sifatnya protektif) dan nNOS (neuronal NOS yang sifatnya konstitutif).Phospholipase, dan xanthine oxidase yang aktif bersamaan dengan aktivasi jalur Ca++ berpengaruh terhadap kerusakan rantai transpor elektron mitokondria.Timbulnya asidosis menyebabkan lepasnya ferrum dari transferrin dan ferritin.Radikal bebas menambah permiabilitas sel-sel membran melalui peroxidasi lipid yang merusak komponen phospholipid membran.Superoxide anion dan hydroksil anion membentuk peroksinitrit (yang lebih reaktif) dengan NO yang dibentuk iNOS. Penggabungan dengan ion Fe tadi akan membuat proses peroksidasi lipid pada membran meluas secara geometris. (White, 2000). Kerusakan DNA akibat radikal bebas akan mengaktivasi Poly ADP Ribose Polymerase (PARP) suatu enzim untuk perbaikan (repair) kerusakan DNA. Aktivasi PARP akan memicu enzim perbaikkan DNA. Aktivitas berlebihan dari PARP akan mengurangi cadangan energi sel yaitu cadangan NAD+


dan ATP. Kerusakan besar pada DNA akan menguras energi atau ATP sehingga sel yang dalam proses apoptosis kehabisan energi dan mati melalui proses nekrosis yang dalam hal ini disebut nekrosis sekunder (Zhang, 2005). Caspase 3 yang menginaktivasi PARP berperan dalam proses apoptosis (Isabelle et al, 2010).

d) Inflamasi Cascade yang kompleks dari respon inflamasi sellular pada TBI dapat memperbesar kerusakan otak sekunder. Proses inflamasi ini mulai beberapa jam sampai dengan beberapa hari bertambah terus menerus pada cedera otak sekunder. Respon inflamasi akibat TBI akut tidak hanya terbatas pada otak dan sering tampak pada disfungsi organ lain. Molekul utama pada otak yang melibatkan cascade ini adalah growth factors, catecholamine, neurokinin, sitokinase, danchemokines. (Agha et al. 2004). Trauma dapat menyebabkan gangguan BBB yang memisah darah dari cairan interstitial dari parenkim dan merusak barrier yang normal. Air dan zat yang dapat larut dapat bebas masuk ke otak dan cenderung menyebabkan edema vasogenik sedangkan edema sitotoksik, atau sel yang bengkak terjadi karena perubahan di sekitarnya atau stress terhadap sel. Chemotaxis, diapedesis, dan gangguan BBB dapat membuka jalur baru ke dalam otak. Infiltrasi makrofag dari sirkulasi yang berfungsi membuang debris setelah cedera, bersama dengan neuron-neuron dan sel-sel glial, akan menyekresi sitokin pro dan antiinflamasi. Pada TBI, proinflamasi sitokin interleukin IL-1, IL-6 dan TNF-α akan meninggi(Hans


& Kossmann et al, 1999). TNF-α sebagai pemicu awal respon inflamasi merangsang produksi sitokin lain dan molekul adhesi (ICAM dan VCAM). (Lenzlinger, 2001). TNF-α dapat memperburuk cedera otak dan mengubah sitoskeleton sel endotel sehingga timbul kebocoran, namun TNF-α perannya dualistik karena dapat juga berperan neuroprotective bersamaan dengan IL-1β yang berfungsi untuk menambah expresi Nerve Growth Factor (NGF). Peran TNF-α penting dalam tingkat akut inflamasi dan juga bermanfaat pada regenerasi dan/atau perbaikan. Mirip dengan TNF-α, IL-1β juga terlibat dalam fase akut dan dapat menambah permiabilitas endotel yang mengakibatkan edema (Holmin dan Mathiesen, 2000). IL-1β memunyai hubungan dengan banyaknya edema di sekitar lesi dan mortalitas (Elovic , 2003 ; Bruns & Hauser , 2003). IL-6 dan 10 akan meninggi pada anak-anak dengan TBI. Meningginya IL-10 yang sifatnya anti-inflamasidapat menurunkan angka mortalitas pada TBI (Kraus et al. 1984 ). Meningginya sitokine (seperti IL-6) TBI merupakan suatu double edged

sword

karena

menyebabkan

baik

neurotoxicity

maupun

neuroproteksi. Inflamasi sitokine dapat menyebabkan neurotoxicity melalui dorongan excitotoxicity dan respon inflamasi. Namun, secara bersamaan inflamasi sitokin dapat mempermudah mekanisme neurotropic dan induksi sel-sel

menyekresikan

faktor

pertumbuhan

yang

merupakan

neuroproteksi. Trauma otak memberi risiko terhadap berkembangnya penyakit neurodegenerative di kemudian hari. Setelah cedera, protein precursor β–


amyloid yang terlibat dalam penyakit Alzheimer’s akan meninggi. Hal ini berhubungan dengan suatu respon immune terhadap suatu inflamasi akut yang menjadi kronis (Holmin dan Mathiesen, 1999). Cedera kepala dapat menyebabkan atropi otak sesuai dengan derajat cedera (Yount et al, 2002).Pada cedera kepala sedang sampai berat terdapat insiden atropi hippocampus yang tinggi.Ini merupakan predisposisi untuk terjadinya penurunan kognitif. Proses inflamasi dan immunitas menghasilkan endapan amyloid protein dan amyloid proteinlike-protein. Kedua jenis protein ini menyebabkan degenerasi striatum dan corpus callosum.Degenerasi ini menyebabkan atropi otak progresif dan kalsifikasi (Pierce, 1998; Hopkins, 2005). Pada reperfusi terjadi reaksi inflamasi akibat produksi berlebihan dari radikal bebas yaitu ROS (Reaxtive Oxygen Species). Radikal bebas ini akan

menyebabkan kerusakan peroksidatif pada membran sel,

mitokondria, makromolekul protein, dan DNA. Semuanya ini akan mengakibatkan Reperfusion

kematian

Injury

yang

neuron.

Kejadian

merupakan

ini

dikenal

sebagai

komponen

penting

terhadap

terjadinya cedera sekunder yang disebut Delayed Neuronal Death (White, 2000).

2.7 Kematian Neuron Kematian sel secara garis besar dibedakan atas dua mekanisme, yaitu kematian yang tidak terprogram (nekrosis) dan kematian sel terprogram, yaitu tipe I (apoptosis) dan tipe II (autofagi). Apoptosis,


autofagi, dan nekrosis merupakan mekanisme yang berbeda, tetapi timbul oleh rangsangan yang sama, yaitu influks Ca++ ke dalam sitoplasma sel melalui saluran-saluran ion dengan reseptor ryanodine (RYRs) dan reseptor inositol-1,4,5 triphosphate (Ins(1,4,5)P3) (Lee et al, 1998). Iskemia otak akan berlanjut menjadi nekrosis dan apoptosis dengan ditentukan oleh beberapa faktor berikut: − beratnya iskemia − tingkat maturitas neuronal (sangat penting dalam menentukan mekanisme kematian sel) − mudah dicapainya support trophic − kalsium intrasel − level sitokin


Gambar 2. Perbedaan Nekrosis dan Apoptosis (Kumar et al, 2008)

Ada perbedaan nekrosis dan apoptosis seperti yang ditampilkan pada gambar 2. Pada nekrosis, tahapan proses kematian dimulai dari pembengkakkan retikulum endoplasma dan mitokondria. Kemudian, timbul bleb pada permukaan sel dan diakhiri dengan pecahnya membran plasma, organela, dan isi sel. Sebaliknya, pada apoptosis, proses kematian

sel

dimulai

dari

kondensasi

kromatin

(sel

mengecil),

terbentuknya bleb membran, dan diakhiri dengan fragmentasi dari sel dimana masing-masing fragmen berisi organelle dan terbungkus oleh membrane yang utuh dan akan difagositosis oleh sel sekitarnya atau macrophage (Kumar et al, 2008). Saraf simpatis yang masih muda sangat bergantung pada trophic support dibandingkan dengan saraf simpatis dewasa.Trophic support yang optimal dicapai apabila kadar kalsium intrasellular rendah. Kalsium homeostasis memunyai sistem modulasi yang kuat : − bila kadar kalsium intrasellular meninggi, neuron memunyai risiko apoptosis dan sangat bergantung pada trophic support; − apabila kadar kalsium intrasellular intermediate maka kondisi sel untuk bertahan hidup menjadi optimal dan kebutuhan sel untuk trophic support menjadi minimal; − apabila kadar kalsium intrasellular rendah maka neuron mempunyai resiko terjadi sitotoksisitas dan nekrosis.


Efek neuroproteksi dapat terjadi apabila voltage dependent anion channels

dihambat,

sehingga

tidak

terjadi

penumpukan

kalsium

intrasellular (Gibbsons, 1993).

Gambar 3. Beberapa Cara Kematian Sel (Fink & Cookson, 2005)

Apoptosis juga berhubungan dengan kadar kalium di dalam sel. Pada awal proses apoptosis terjadi peningkatan effluks kalium dari dalam sel. Apabila kadar ion potassium dalam sel lebih rendah dari kadar fisiologis, maka akan terjadi aktivasi caspase-3 yang akan menyebabkan apoptosis dimana intensitas transformasi ini bergantung dari pada kadar kalium (Lee, 1998). Ekspresi yang berlebihan dari Bcl-2 mencegah apoptosis dan nekrosis yang berhubungan dengan proses perbaikan akibat kerusakan tanpa memperhatikan mekanisme kerusakannya (Gibbsons, 1993). Jaras antiapoptosis diaktivasi oleh:


- faktor neurotropik, - beberapa sitokines, dan - beberapa faktor stress. Jaras proteksi ini antara lain adalah: − aktivasi faktor transkripsi (seperti NF-κβ) yang menyebabkan ekspresi stress protein, enzim antioksidan , inhibitor of apoptosis proteins (IAPs) − aktivasi ekstrasellular signal-regulated kinase (ERK) − modulasi phosphorylation dari kanal-kanal ion dan transporter membran − perubahan sitoskeletal melalui modulasi kalsium − modulasi protein

yang menstabilasi fungsi mitochondria

(seperti.Bcl-2). Telah diketahui bahwa sel dapat berkomunikasi satu dengan yang lain secara transmisi sinyal melalui molekul sinyal (signaling molecule), yaitu kelompok neurotransmitter dan neuropeptida yang mentransduksi sinyal ke dalam sel melalui reseptor-reseptor pada membran sel. Jalur melalui sinyal yang berakhir dengan apoptosis dikenal sebagai Death Pathways (Sugawara, 2004). Manusia juga memiliki mekanisme untuk menjaga kelangsungan hidup sel yang disebut mekanisme pertahanan endogen (endogenous defense mechanisms). Mekanisme ini merupakan survival pathways untuk mempertahankan kelangsungan hidup neuron ataupun sel-sel pada organ lain (Sugawara, 2004).


Rangkaian proses biokimiawi patologis terdiri atas: − yang terpicu serentak (simultaneously), − yang berurutan (sequential), − yang saling berkaitan atau memengaruhi (cross-talk

antar

sel/jalur), − yang saling memperkuat dan membentuk positive feed back loop. Semua

proses

ini

walaupun

berjalan

secara

individual,

tetapmasing-masing dapat berakibat fatal pada neuron (Blaine et al. 2000). Meningkatnya growth factor diperkirakan dapat mengaktifkan mekanisme pertahanan endogen yang disertai dengan meningkatnya jumlah makrofag untuk menfagositosis sel debris atau apoptotic bodies yang dihasilkan dari proses apoptosis. Kematian sel akibat apoptosis tidak disertai dengan lisisnya sel membran dan keluarnya isi sel sehingga tidak terjadi proses inflamasi. Jadi, hal ini berbeda dengan kematian sel karena proses nekrosis (Gibbsons, 1993). Dengan

menggunakan

metode

terminal

deoxynucleotidyl

transferase - mediated biotinylated deoxyuridine triphosphate nick end labeling (TUNEL), berbagai sel dengan fragmentasi DNA yang luas terdeteksi pada daerah yang berbeda di dalam otak (Katja et al, 2001). Ditemukan 2 tipe TUNEL-positif sel yang tampak pada mikroskop electron, yaitu


−

tipe I yang memperlihatkan ciri-ciri morfologi dari necrotic cell death

− tipe II yang memperlihatkan ciri-ciri morfologi apoptotic cell death yang klasik. TUNEL-positif sel terdeteksi dalam 72 jam setelah cedera awal. Gel electrophoresis dari ekstrak DNA pada daerah yang mengalami cedera berisi tipe I dan tipe II. Gel tersebut dapat memperlihatkan fragmen internucleosomal dengan interval 180-200 base pair,yaitu suatu ciri khas dari apoptotic cell death yang sering disebut DNA laddering. Hal ini memberi kesan bahwa apoptosis dengan necrotic cell death terjadi setelah cedera kepala, dan fragmentasi internucleosomal DNA juga dapat berhubungan dengan beberapa tipe necrotic cell death (Blaine, 2000). Rendahnya pH saat induksi apoptosis cenderung menyebabkan berkurangnya kematian sel akibat apoptosis.Neuron-neuron diproteksi pada pH 6.0-6.8.Terrlalu rendahnya pH (pH < 6,0) berhubungan dengan kejadian hipoksia sehingga kematian sel yang seharusnya diakibatkan oleh apoptosis berubah menjadi nekrosis.Sebaliknya, pH intermediate sekitar 6.8 cenderung mengakibatkan berkurangnya apoptosis tanpa disertai nekrosis. Proapoptotik protein seperti Bax meningkat pada gangguan transpor elektron, mitochondrial permeability transitions (MPT), dan lepasnya sitokrom c dari mitokondria. Anti apoptotik protein Bcl-2 berperan mencegah kematian sel dengan cara melindungi fungsi dan struktur mitokondria. Sementara itu, pemberian inhibitor kaspase tidak


memberikan efek perlindungan jangka panjang pada sel parenkim parenkim otak akibat cedera kepala (Blaine, 2000).

2.8 Apoptosis Istilah apoptosis diperkenalkan oleh ilmuwan inggris Kerr, Wyllie, dan Currie pada tahun 1972. Apoptosis berasal dari bahasa “Greek” yang artinya falling off,seperti “gugurnya daun”, yaitu kematian sel yang terjadi melalui fragmentasi menjadi apoptotic bodies yang kemudian difagositose oleh sel phagocyte yang berdekatan. Pada tahun1964, Lokshin dan William mempelajari proses kematian sel dan mengusulkan istilah programmed cell death (PCD) (Alberts, 2002). Pada tahun 1966, programmed cell death dinyatakan memerlukan sintesa protein dari sel itu sendiri untuk proses kematiannya. Proses kematian sel akibat apoptosis memunyai ciri khas berupa perubahan morfologi sel. Perubahan ini termasuk sel yang mengisut, kondensasi kromatin, dan membran sel yang membentuk tonjolan-tonjolan. Kemudian, sel tersebut akan mengalami fragmentasi yang membentuk pecahanpecahan sel atau apoptotic bodies yang berada di sekitar sel tersebut. Fragmen-fragmen sel tersebut akan cepat difagositosis oleh makrofag sebelum sel pecah dan menyebabkan kerusakan pada jaringan (Alberts, 2002).


Fragmen sel terbungkus oleh membran sel dan berisi organela yang masih utuh. Sel akan kehilangan kontak interseluler yang normal. Jadi sel tidak mengalami proses inflamasi karena tidak adanya bahanbahan sitosolik yang dilepas ke ruang interseluler. Proses ini memerlukan energi dalam bentuk ATP (Hetts, 1997). Sel apoptotik yang berlawanan dengan sel nekrosis tidak dijumpai berdekatan satu dengan yang lain, tetapi tersendiri atau membuat satu kelompok-kelompok sel yang kecil dan tersebar di seluruh jaringan yang terkena. Karena apoptosis membutuhkan energi, maka bila dijumpai defisit energi prosesnya akan beralih menjadi nekrosis (secondary necrosis). Selsel yang mati dibuang dari jaringan melalui fagositosis yang terjadi pada jam jam pertama setelah kematian. Jika kapasitas fagositosis terbatas sehingga sel apoptosis masih terdapat dalam jaringan selama satu atau dua hari, maka membrannya akan mengalami disintegrasi dan terjadi nekrosis sekunder (Yakolev, 2004). Fragmentasi DNA terjadi sebagai hasil dari calcium-magnesiumdependent endonuclease action. Endonuclease menyebabkan DNA terbelah menjadi fragmen-fragmen dengan panjang rantai dari 50 sampai dengan 300 bp. (Yakolev, 2004). Teknik yang baik untuk menegaskan adanya apoptosis adalah histochemical technique. Teknik ini tidak hanya mendata fragmentasi DNA, tetapi juga mengidentifikasikan apoptosis bodies(Yakolev, 2004).


Apoptosis dapat terjadi tanpa sintesa protein. Pada cedera kepala terdapat dua perbedaan tipe sel, yaitu: − Sel-sel tipe 1 memperlihatkan susunan klasik nekrosis ( ini terjadi pada cedera otak primer) ,dan − Sel-sel tipe 2 memperlihatkan apoptosis klasik. (Rink A et al. 1995; Clark RS et al. 2000). Mekanisme apoptosis terjadi melalui dua jalur, yaitu caspasedependent dan caspase-independent. Caspase-dependent pathway dapat melalui jalur intrinsik yang dipicu oleh kegagalan metabolik mitokondria atau jalur ekstrinsik yang dipicu oleh “reseptor kematian”, yaitu kelompok TNF

reseptor.

Caspase-independent

pathway

dipicu

oleh

protein

mitokondria seperti Apoptosis Inducing Factor (AIF) yang keluar dari membran mitokondria akibat depolarisasi membran luar mitokondria (Van Cruchten, 2002). Sepertiga kematian sel berhubungan dengan caspase dependent apoptosis, sepertiga yang lain caspase independen, dan sepertiga sisanya berhubungan dengan nekrosis. Famili Bcl-2 mengatur kematian sel atau survival melalui pengaturan permiabilitas membran luar mitokondria dan pembentukan membran permeability transition protein (PTP). Sinyal apoptotik ditransduksi oleh reseptor-reseptor ke dalam sel dan berjalan melalui jalur yang mengarah kepada proses kematian sel yang disebut jalur kematian (death pathway). Di samping itu, ada jalur yang berfungsi untuk mempertahankan hidup sel yang disebut survival pathway (Van Cruchten, 2002).


2.8.1 Caspase-Dependent Apoptosis Capase-Dependent apoptosis ini berjalan melalui jaras intrinsik dan ekstrinsik. a) Jalur Intrinsik Pemicu apoptosis melalui jalur intrinsik adalah cell-stress yang merusak fungsi mitokondria dan retikulum endoplasmik. Membran mitokondria mengalami depolarisasi dan sitokrom c suatu enzim yang terletak di antara membran dalam dan luar mitokondria akan keluar ke sitoplasma melalui suatu pori yang disebut Mitochondrial Permeability Transition Pore (MPTP) (Dumas, 2001). Selain cell stres, glucocorticoid, radiasi, kekurangan makanan, infeksi virus, dan hypoxia juga menjadi faktor pencetus. Pada sel yang sehat dijumpai ekspresi protein Bcl-2 pada permukaan membran luar mitochondria. Bcl-2 mengelilingi/berbatasan dengan protein Apoptotic Protease

Activating

Factor-1

(APAF-1).

Kerusakan

dalam

sel

menyebabkan Bcl-2 melepaskan Apaf-1 dan selanjutnya membuka MPTP yang melepaskan sitokrom c ke dalam cytosol. Sitokrom c dan Apaf-1


akan mengikat molekul caspase-9. Hasil kompleks sitokrom c, Apaf-1, caspase-9, dan ATP disebut apoptosome (Liu et al. 1996).

Gambar 4. Aktivasi Apoptosis dari Dalam Sel (Intrinsic Pathway) (Hillet al. 2003) Apoptosome mengaktifkan caspase 3. Rangkaian aktivasi dari caspase ini akan membuat protein dalam sitoplasma dan DNA kromosom mengalami degradasi (Fiskum, 2000; Kluck, 1997; Yang, 1997).

b) Extrinsic Pathway Jalur ini dipicu oleh ikatan dengan Death Receptor, yaitu reseptor yang tergolong TNF-receptor family, seperti Fas receptor.


Ligand yang dapat memicu adalah FasL atau Apo-1/CD 95 dan TRAIL. Reseptor tersebut memunyai bagian yang disebut:

− Fas Associated Death Domain (FADD), − TNF-receptor Associated Death Domain (TRADD) atau − Caspase and RIP-adaptor with Death Domain (CRADD) − Receptor Interacting Protein (RIP). Saat diaktivasi, reseptor akan merekrut protein adaptor yang kemudian

merekrut

pro-caspase

8

(precursor

caspase

8)

dan

menjadikannya caspase 8 yang aktif. Caspase 8 akan mengaktifkan caspase 3 untuk mengeksekusi proses selanjutnya. Caspase 8 dan 9 disebut initiator caspases atau upstream caspases dan caspase 3, 6, dan 7 disebut executioner caspases atau down stream caspases (Katja, 2001). Reseptor Fas berikatan dengan Fas ligand (FasL), yaitu suatu protein transmembran. Interaksi antara reseptor Fas dan FasL membentuk death-inducing signaling complex (DISC) yang berisi FADD, caspase-8, dan caspase-10. Dalam interaksi tersebut terdapat dua tipe aktivasi kaskade caspase, yaitu tipe I dan tipe II. Tipe I yaitu dengan pengaktifan caspase-8 maka akan terjadi aktivasi anggota lain dari caspase family yang berperan sebagai pencetus apoptosis. Tipe II, yaitu ikatan Fas-DISC akan membentuk feedback loop untuk menambah lepasnya faktor proapoptosis dari mitochondria dan memperkuat aktivasi caspase-8. Fas diketahui memunyai dua jaras apoptosis.Daxx adalah suatu Fas yang mampu menghambat Bcl-2. Jaras Fas yang lain adalah melalui ikatan FADD, yang tidak menghambat Bcl-2 (Yang, 1997).


Gambar 5. Aktivasi Apoptosis dari Luar Sel (Extrinsic Pathway) (Demedtset al, 2006).

Gambar 5 menunjukkan bahwa sinyal faktor ekstrasellular seperti hormon, growth factor, nitric oxide, atau sitokin mengaktivasi apoptosis melalui jaras ekstrinsik. Sinyal ini bisa menambah atau menghambat proses apoptosis. (Mohamadet al, 2005). TNF adalah suatu sitokin utama yang diproduksi oleh makrofag aktif dan merupakan mediator ekstrinsik


utama dari apoptosis.Kebanyakan sel-sel dalam tubuh manusia memunyai dua reseptor untuk TNF, yaitu TNF-R1 dan TNF-R2.Ikatan terhadap reseptor TNF-R1 secara tidak langsung dapat mengaktivasi faktor transkripsi yang terlibat dengan cell survival.

Gambar 6. Jaras Apoptosis Intrinsik dan Ekstrinsik (Crighton et al, 2004).

Gambar 6 menjelaskan mengenai hubungan jalur intrinsik dengan jalur ekstrinsik. Homodimer pro-apoptotic Bax yang dibentuk pada membran luar mitokondria diperlukan untuk membentuk saluran yang meningkatkan permeabilitas membran mitochondria dan melepaskan aktivator caspase, seperti cytochroma c dan SMAC (Secondary Mitochondrial Activator of Caspase).


c) Cross-talk Antara jalur intrinsik dan ekstrinsik bisa timbul kerjasama, misalnya caspase 8 dapat membelah anggota famili Bcl-2 protein yang proapoptotik, yaitu Bid. Bid yang terbelah ini (truncated Bid) bertranslokasi ke mitokondria dan menyebabkan pelepasan sitokrom c dari mitokondria serta

menimbulkan

perobahan

konformasi

pada

Bax

dan

Bak

(menyebabkan homo atau heterodimerisasi) yang hasilnya juga dapat membocorkan sitokrom c. (Desagher et al, 1999). Demikian juga caspase 3 yang aktif dapat mengaktifkan caspase lain seperti caspase 2,6,8, dan 10 dan dapat membelah procaspase 9 menjadi caspase 9 yang aktif serta menciptakan amplifikasi dari jalur apoptotik melalui suatu positive feed-back loop.

2.8.2 Caspase-Independent Apoptosis Jalur

ini

tidak

membutuhkan perantara caspase.

Jalur

ini

mempunyai mekanisme tersendiri menuju kematian sel. Yang berperan di sini adalah molekul protein mitokondria, yaitu apoptosis inducing factor (AIF) dan Endonuclease G. Mitokondria masih memiliki beberapa jenis protein lainnya untuk mencetuskan apoptosis antara lain HtrA2/Omi dan second mitochondrial activator of caspases (Smac). Mitokondria juga memunyai senjata untuk mendukung pengaruh faktor survival yang berfungsi menghentikan proses


apoptotik, yaitu inhibitors of Apoptosis Protein (IAP seperti celluar IAP1,cIAP-2, X-chromosome-linked IAP (XIAP) (Ulrich et al, 1999). HtrA2/Omi dan Smac menghentikan aktifitas IAP dan mendukung terjadinya apoptosis.

Bcl-2

dan

Bcl-xL

adalah

oncoprotein

yang

bersifat

antiapoptotik. Bcl-2 mampu memblokir mobilisasi AIF melalui membran mitokondria dan juga berperan besar pada jalur-jalur ekstrinsik dan intrinsik. Smac dan Htr2A/Omi memblokir kerja IAP menghambat kerja XIAP sehingga mendukung terjadinya apoptosis. Hal ini menunjukkan bahwa mitokondria merupakan salah satu pusat penentu hidup sel.

Gambar 7. Jaras Caspase Independent Apoptosis (Hoh et al, 2010)


Pada gambar 7, ditunjukkan jalur apoptosis yang caspase independen.

Bila

sel

mendapat

rangsangan

apoptotik

(inhibisi

proteinkinase, ekspresi berlebihan oncoprotein yang pro-apoptotik atau obat sitostatika pada kemoterapi), AIF bertranslokasi dari mitokondria ke nukleus dan mengakibatkan fragmentasi nuclear DNA (Polster et al, 2005). Bcl-2 menghambat permiabilitas membran mitokondria. Apabila Bcl-2 diinhibisi maka, pori membran mitokoondria akan terbuka dan AIF bisa keluar ke cytosol. (Van Cruchten, 2002).

2.9

Bcl-2 Family Protein Bcl-2 family protein memiliki Bcl-2 homology (BH) domain. Pada

struktur protein ini anggotanya ada yang anti-apoptotik, yaitu Bcl-2, BclxL, Bcl-W, Mcl-1, dan A1 (memiliki domain BH1, BH2, BH3, dan BH4) dan yang pro-apoptotik, yaitu Bax, Bak, dan Bok (memiliki domain BH1, BH2, dan BH3) ; serta Bad, Bid, Bim, dan Bik (hanya memiliki BH3 domain saja) yang disebut : BH3-only proteins. Kompleks dari domain BH3 seperti Bax, Bid (tBid), dan Bad menfasilitasi pelepasan sitokrom c melalui kapasitas pembentukan pori oleh BH3-only proteins yang berdimerisasi. Proteinprotein pro-survival seperti Bcl-2, Bcl-xl, dan mcl-1 mampu mencegah keluarnya protein mitokondria, seperti sitokrom c, endonuclease G, dan AIF melalui pori tersebut (Zhang et al, 2005).


Gambar 8. Famili Bcl-2 yang Anti-apoptotik dan Pro-apoptotik

Sebagai contoh, bila tidak ada faktor survival, maka BH3-only protein akan mengikat dan menggeser Bcl-2 dan/atau Bcl-xl pada membran luar mitokondria. Dengan adanya faktor survival maka terjadi aktivasi seri kinase. Kemudian BAD mengalami phosphorilasi dan memisahkan diri dari Bcl-2 dan/atau Bcl-xl yang memberikan survival (Van Cruchtenet al, 2002; Zha et al, 1996). Heterodimerisasi dari kelompok protein BH3 (Chittenden et al, 1995) tidak diperlukan untuk pro-survival,


tetapi diperlukan untuk pro apoptosis. Domain transmembran (Tm) dari protein Bcl-2 family terlibat dalam survival dan kematian sel yang diperantarai mitochondria (Graham et al, 2000). Semua anggota Bcl-2 family memunyai domain Tm kecuali Bid. Aktivasi famili Bcl-2 protein terjadi melalui carboxy terminal hydrophobic domain yang melekat pada membran luar mitochondria. Dari membran luar ke dalam, terdapat lobang Permiabilitas Transisi (PT). Lobang PT memunyai mega channels dengan diameter <2nm yang dapat dilewatiion-ion Reactive Oxygen Species (ROS), tetapi bukan molekul besar (sitokrom c, ATP, AIF) yang diperlukan untuk induksi apoptosis (Wagner, 2005).

Gambar

9.

The

Intrinsic

Mitochondrial

Apoptosis

Pathway

(Serotech)


Melalui gambar 9 ditampilkan jalur apoptosis melalui mitokondria dengan

pelepasan

sitokrom

C

yang

melalui

serangkaian

reaksi

membentuk apoptosome yang akan mengaktifkan caspase 3. Posisi normal kromosom Bcl-2 adalah pada 18q21 (Tsujimoto, 1984). Bcl-2 di encode oleh suatu gen 230kb yang menghasilkan protein 22-26 kDa. Bcl-2 memunyai sekitar 239 asam amino. Gen Bcl-2 memunyai tiga exon dimana yang pertama tidak ditranslasikan. Gen Bcl-2 mempunyai 2 regio promotor yang potensial yaitu P1 yang kaya GC dengan SP1 multipel (suatu sekuensi spesifik dengan protein pengikat DNA yang penting pada fase transkripsi) dan lebih dominan digunakan. Sedangkan P2 yang memiliki TATA dan CAAT-box yang klasik dan motif SV40 decamer/Ig octamer yang penggunaan ini lebih minimal.Bcl-2 family memunyai struktur umum yang terdiri atas suatu hydrophobic helix yang dikelilingi oleh tujuh amphipathic helices (Duan et al, 2005).

Gambar 10. Struktur Bcl-2 (Riley, 2009)

Pada gambar 10 ditunjukkan gambaran 3 dimensi Bcl-2.Bad diaktifkan

oleh

Calcineurin

yang

terpicu

oleh

konsentrasi

Ca++

intraseluler yang meningkat (kaitan dengan eksitotoksisitas). Bad akan


berikatan dengan Bcl-2 dan Bcl-xL dan menyebabkan inhibisi terhadap efek anti-apoptosis IAP, dua protein proapoptotik lainnya yaitu Bax dan Bak dapat aktif dan menyebabkan pelepasan sitokrom c dari mitokondria. Melalui mekanisme inilah Bad dapat memicu terjadinya apoptosis yaitu dengan menghambat efek perlindungan dari Bcl-2 dan Bcl-cL. Bad yang bebas dapat dinonaktifkan melalui proses fosforilasi. Bad yang telah difosforilasi akan diikat oleh chaperone protein dimana salah satunya adalah protein 14-3-3 (Desagher et al, 2000). Konsentrasi Bcl-2 (U/mL) telah dianalisis pada cedera otak. Dengan pemeriksaan Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) diperoleh bahwa puncak konsentrasi Bcl-2 adalah pada hari ke-3 dan ke-4 setelah trauma (Lee et al, 2004; Xiong et al, 2001). Konsentrasi Bcl-2 lebih tinggi pada wanita daripada laki-laki karena pengaruh estrogen (Soustiel et al, 2005; Wise et al, 2000 ; Zhang et al, 2004) dan Bcl-2 lebih berperan sebagai neuroprotektor pada wanita. Estrogen juga terdapat pada laki-laki sebagai testosteron yang dirubah menjadi estradiol pada otak. Estrogen memunyai efek neuroproteksi dengan

cara

mempertahankan

CBF,

memiliki

sifat

antioxidant,

menghalangi cedera excitotoxic, dan mempromosikan produksi growth factor (Soustiel et al, 2005; Wise et al, 2000).

2.10 Polimorfisme Gen Bcl-2 Berdasarkan penelitian dari Hoh dan kawan-kawan (2010), yang memeriksa hubungan antara variasi genetik pada gen Bcl-2 dengan hasil


akhir cedera kepala, ternyata terdapat hubungan antara genotip Bcl-2dan fungsi global setelah cedera kepala. Penggunaan tagging single nucleotide polymorphisms (tSNP) untuk Bcl-2menunjukan karakteristik seluruh variasi genetik di dalam dan sekeliling gen serta kumpulan polimorfisme di dalam gen secara efisien. Berdasarkan data Hapmap dijumpai 20 tSNP untuk gen Bcl-2dengan minor allele frequency (MAF) ≥ 30% dan r2 ≥ 0,8 yaitu rs1026825, rs12454712, rs12968517, rs1381548, rs1481031, rs17756073, rs17759659, rs1801018, rs1944419, rs3810027, rs4456611, rs4941185, rs7230970, rs7236090, rs8083946, rs899968, rs949037, rs7231914, rs8089538, dan rs2850762 (gambar 23).

Gambar 11. Gen Bcl-2dengan tSNP pada Kromosom 18q21(Hoh et al, 2010). Berdasarkan analisis multivariat diperoleh bahwa ada empat tSNP yang signifikan berpengaruh pada hasil akhir klinis setelah cedera kepala, yaitu rs17759659, rs1801018, rs7236090 dan rs949037.Pada penelitian


ini dicari hubungan antara polimorfism gen Bcl-2(rs17759659, rs1801018, rs7236090 dan rs949037) dengan Glasgow Outcomes Scale (GOS) dan Disability Rating Scale (DRS). Kematian dan Neurobehavioral Rating Scale-Revised (NRS-R) pada cedera kepala berat yang dianalisis pada bulan ke 3, 6, 12 dan 24 (Hoh et al, 2010).Dari hasil penelitian diperoleh bahwa alell variant untuk rs17759659 dan rs1801018 berhungan dengan hasil yang lebih jelek (GOS dan DRS), tingkat kematian yang lebih tinggi, dan NRS-R yang jelek. Sebaliknya, homozigot alell wild-type untuk rs7236090 dan varian homozigot dari rs949037 berhubungan dengan hasil yang lebih baik (GOS dan DRS). Hasil data ini mendukung kemungkinan bahwa polimorfisme genetik pada gen Bcl-2memengaruhi hasil akhir setelah cedera kepala berat (Hoh et al, 2010).

2.11 Polimorfisme Genetik Pada manusia gen BDNF terletak pada kromosom 11. Allel Val66Met (rs6265) adalah suatu single polymorphism nucleotide dalam gen yang menyebabkan adenine dan guanine allel. Hasil dalam variasi antara valine dan methionine ada pada codon 66 (Bath et al,2006). Polimorfisme genetik adalah perbedaan dalam urutan DNA di antara individu, kelompok, dan populasi. Akibat dari Single Nucleotide Polymorphisms

(SNPs),

pengulangan

urutan,

insersi,

delesi,

dan

rekombinasi. Polimorfisme genetik dapat disebabkan oleh faktor kebetulan (mutasi) atau faktor eksternal (seperti virus atau radiasi) (Purohit, 2009).


Dalam Mendel’s Principles of Heredity karangan William Bateson (1902), digunakan istilah allelomorph untuk menggambarkan adanya alelleyang terbentuk akibat variasi pada urutan basa nitrogen. Variasi tersebut merupakan akibat peristiwa mutasi yang diikuti oleh aksi evolusi, seperti seleksi alam atau drift yang akan menyebarkan alelle mutan ke dalam populasi.

Lokus telah dideskripsikan menjadi polimorfik dan

monomorfik dengan memperhatikan adanya variasi alelle dalam suatu populasi. Sebuah definisi yang praktis dan berguna menyebutkan bahwa lokus polimorfik adalah suatu keadaan ketika ada dua atau lebih alelle yang membentuk populasi yang sama dan alelle yang paling umum memiliki frekuensi kesamaan sekitar 99% atau kurang (Harris, 1980). Individu dengan alelle yang sama pada suatu lokus akan disebut genotipe homozigot, yang berbeda disebut genotipe heterozigot. Fenotipe yang diekspresikan menimbulkan perbedaan klinis antar-individu dalam suatu populasi. Alelle dengan frekuensi yang kurang dari 1% disebut sebagai varian langka dan alelle yang memiliki frekuensi varian yang lebih tinggi disebut polimorfik. Hal ini menunjukkan bahwa sekitar 2% dari populasi akan menjadi heterozigot pada lokus polimorfik (Harris, 1980; Fisher, 1930). Selain itu, telah diketahui bahwa kurang dari 5% dari genom manusia merupakan coding DNA dan sebagian besar polimorfisme genetik terjadi pada area non-coding DNA yang merupakan area yang relatif tidak memiliki kemaknaan klinis (Fisher, 1930).


2.12 Autofagositosis Istilah autofagi yang berasal dari bahasa Yunani, yang berarti to eat oneself merupakan proses self-cannibalization melalui jaras degradasi lysosomal. Konsep ini telah dievaluasi dengan menggunakan sel-sel dan organisme yang defisiensi gen autofagi, dimana hasilnya menunjukkan bahwa sel-sel dengan apoptotic machinery dan mekanisme autofagi yang intak lebih mampu bertahan hidup (Todde, 2009). Secara umum, apoptosis

secara

terdapat

tidak

hubungan

langsung.

antara autofagi dengan

Autofagi

merupakan

regulasi

homeostasis, yaitu proses dinamik intrasel yang mendaur ulang protein dan organella yang tua (Todde, 2009; Singh et al, 2009). Rangsangan klasik autofagi adalah kelaparan atau kekurangan nutrisi. Protein-protein yang meregulasi dan menginduksi autofagi antara lain adalah autophagyassociated protein 4 (Atg4), Beclin-1 (Atg6), Atg7, microtubule-associated protein light chain-3 (MAP-LC3/Atg 8), Atg12, dan Atg5 (Klionky, 2008). Laporan pertama kali yang disampaikan oleh Diskin et al pada tahun 2005 menyatakan bahwa cedera otak mungkin menstimulasi autofagi. Protein-protein yang terlibat pada cedera otak adalah Beclin1(Atg6) yang melalui domain BH-3nya berinteraksi dengan Bcl-2 dan kemudian dapat menyebabkan lebih banyak Beclin-1 bebas yang menstimulasi terjadinya autofagi. Pada keadaan homeostasis interaksi Beclin-1(Atg6) dan Bcl-2 berguna untuk memperbaiki sel dan mengurangi komponen dalam sel yang mengalami kerusakan (Diskin et al,


2005).Selain Beclin-1, protein MAP-LC3(Atg 8) dan LC3 lipidation/LC3 shift juga terlibat pada cedera otak (Kuono et al, 2005). Pada apoptosis klasik terjadi pengerutan elemen sitoskeletal dimulai dari awal periode, sedangkan organella tetap baik sampai proses akhir. Sebaliknya, pada autophagi terdapat degradasi organel pada awal proses, elemen sitoskeletal tetap baik sampai akhir periode. Baik apoptosis maupun autofagi adalah proses kematian sel yang tidak disertai reaksi inflamasi (Schweichel, 1973)

Gambar 12 : Perbedaan Kematian Sel Apoptosis dan Autofagi (Levine, 2005).

Seperti pada gambar 12, autofagi dan apoptosis memiliki morfologi yang berbeda dalam proses kematian. Mekanisme penghambatan kematian sel melaui autofagi yaitu dengan aktivasi RNA interference. RNA interference (RNAi) yang aktif akan menghambat 3 gen autofagi yaitu atg5, atg7, dan becline 1 (Mills et al, 2004). Satu pertanyaan yang tidak terjawab adalah apakah kejadian autofagi setelah cedera otak menguntungkan atau merugikan?


Gambar 13: Peranan Autofagi setelah TBI (Mills et al, 2004)

Seperti yang ditunjuk pada gambar 13, terdapat peranan autofagi dalam kontusio serebri, yaitu proses degradasi protein oleh proteosom. Antara autofagi dan apoptosis terdapat cross-talkmelalui ekstrinsik apoptosis pathway dan Tumor necrosis factor Related Apoptosis-Inducing Ligand (TRAIL) (Jia et al, 1997; Mills et al, 2004; Thorburn et al, 2005; Prins, 1998).

2.13 Nekrosis Nekrosis berasal dari bahasa Yunani yang artinya mati.Pengertian nekrosis dalam hal ini adalah kematian sel yang dini akibat dari faktor eksternal, seperti trauma, toxin, atau infeksi. Proses apoptosis yang terjadi mempunyai manfaat terhadap organisme. Sebaliknya, proses nekrosis merusak struktur (membran sel pecah dan isi sel tumpah) dan fungsi suatu jaringan (Van Cruchten, 2002). Nekrosis terjadi dalam kondisi akut akibat lesi non-fisiologik, misalnya di daerah inti-nekrotik, daerah yang mengalami toksisitas, akibat


gangguan metabolisme seluler sehingga sel tidak dapat mempertahankan homeostatik ion-nya. Sel-sel nekrotik akan mengalami pembengkakan sel yang kemudian lisis dan melepaskan isi sitoplasma ke dalam ruang interseluler dan selanjutnya merangsang terjadinya proses inflamasi. Nekrosis tidak terlihat pada perkembangan sel normal, tetapi sebagai respon terhadap trauma atau toksin.Proses nekrosis tidak membutuhkan energi dalam bentuk ATP (Van Cruchten, 2002). Nekrosis hanya bisa dicegah dengan menyingkirkan faktor patogenik. Nekrosis didahului oleh gangguan homeostasis ion seperti a.l ++

Ca ,Na+dan K+, dimana defisit energi menyebabkan gagalnya ion exchanger dan ion pumps, Na+ masuk kedalam sel dan K+ keluar dari sel, terjadi depolarisasi membrane sel dan aktifasi Voltage Dependent Anion Channels (VDAC), Ca++ masuk dalam jumlah besar, air akan ikut Na+ masuk ke dalam sel sehingga sel membengkak dan akhirnya pecah. Adanya defisit energi dan gangguan autolisis akan menyebabkan pecahnya membran sel. Isi sel yang berisi enzim dan organela akan masuk ke ruang ekstraseluler dan menimbulkan reaksi inflamasi. Influx Ca++ yang besar akan memicu enzim lipase, protease dan endonuclease dan menimbulkan peroksidasi lipid pada dinding sel dan kerusakan membrane. NO yang dibentuk iNOS (inducible Nitic Oxide Synyhase) bereaksi dengan radikal bebas yang dilepas Mitochondria dan Endoplasmic Reticulum akibat terpicu influx Ca++ akan membentuk peroxynitrit, radikal bebas yang daya rusaknya sangat besar, bila peroxynitrit bertemu dengan ion Fe dari ferritin, peroksidasi akan berlipat


ganda (White, 2000) Endonuclease G akan menimbulkan kerusakan DNA pada inti sel dan memicu apoptosis. Walaupun prosesnya sama-sama dipicu kalsium, proses nekrosis terjadi dalam beberapa menit, sedangkan apoptosis

baru

terjadi

setelah

beberapa

jam

dan

bisa

berlangsungberharihari hingga beberapa minggu (Haque, 2004; White, 2000; Ulrich, 1999).

2.14 Struktur BDNF BDNF merupakan suatu protein dasar yang berukuran 27 kDa yang berikatan secara nonkovalen terhadap subunit yang berukuran 13,5 kDa, yang berikatan dengan nerve growth factor. BDNF dihasilkan oleh sel glia pada susunan saraf pusat (Robinson et al, 1999). BDNF merupakan neurotropin yang terbanyak pada otak dan sangat penting dalam kelangsungan hidup neuron selama perkembangan dan integrasi neuron pada otak orang dewasa.BDNF juga terlibat dalam plastisitas sinaps, diferensiasi neuron dan daya tahan neuron.BDNF juga diekspresikan pada hati, otot skeletal, dan berperan pada perkembangan sistem kardiovaskular.BDNF dalam darah terutama disimpan dalam trombosit dan hanya fraksi kecil saja yang tersimpan di dalam plasma. Kadar BDNF dalam serum dapat ditentukan dengan menggunakan ELISA (Klein, 2011).


Gambar 14. Struktur Brain-derived Neurotrophic factor (Robinson et al, 1999) Observasi dari penurunan kadar BDNF pada pasien dengan gangguan neuropsikiatri telah menjadikan BDNF sebagai suatu biomarker yang potensial. Namun, sejauh ini belum ada studi langsung yang membandingkan kadar BDNF dalam serum dengan kadar BDNF pada otak (Klein, 2011). BDNF merupakan anggota dari neurotrophin family dari growth factor, yang berhubungan dengan NGF. Dalam otak, BDNF aktif pada hippocampus, cortex, dan basal forebrain yaitu daerah vital untuk memori, belajar serta untuk berpikir lebih tinggi. BDNF sendiri penting untuk penyimpanan ingatan jangka panjang (Bekinschtein et al, 2008). BDNF sebenarnya terdapat dalam berbagai jaringan dan sel, yaitu pada retina, CNS, neuron motor, ginjal, dan prostat, serta saliva manusia. Konsentrasi BDNF paling tinggi pada hippocampus dankorteks serebral (Mandel, 2009). BDNF merupakan faktor neurotropik spesifik kedua setelah NGF. Walaupun mayoritas utama dari neuron otak mammalian dibentuk


prenatal, tetapi sebagian otak dewasa menyimpan kemampuan untuk menumbuhkan neuron baru dari stem cells neural dimana proses ini dikenal sebagai neurogenesis. Neurotrophin merupakan senyawa kimia yang merangsang dan mengontrol neurogenesis. BDNF merupakan salah satu dari neurotrophin yang aktif. Tikus yang baru lahir tanpa kemampuan membentuk BDNF akan menderita defek perkembangan otak dan sistem sel saraf sensori. Biasanya tikus tersebut akan mati segera setelah lahir.

Gambar 15. Proses Signaling dalam Persarafan (Choi-Lundberg et al, 1997)


Gambar

15 menunjukkan perkembangan dalam

otak.Faktor

neurotrophik dilepas oleh neuron atau sel pendukung, seperti astrosit dan berikatan

dengan

reseptor

neuron

yang

di

dekatnya.Ikatan

ini

menghasilkan sinyal yang dikirim ke nukleus dari neuron yang menerimanya.Hasilnya yaitu terjadi peningkatan sintesa protein yang berhubungan dengan survival dan fungsi neuron. (Choi-Lundberg et al, 1997). BDNF berikatan dengan dua reseptor yang terletak pada permukaan sel. TrkB (“Tyrosine kinase B”) dan p75 yang merupakan Lowaffinity nerve growth factor receptor (LNGFR) untuk BDNF.BDNF juga dapat memodulasi aktivitas dari berbagai reseptor neurotransmitter, termasuk alpha-7 nicotine receptor. TrkB adalah suatu reseptor tyrosine kinase yang dapat memfosforilasi tyrosine dalam sel dan mengaktifkan sinyalintra-sellular. Faktor neurotropik lain yang berhubungan dengan BDNF, adalah NGF, NT-3 (neurotrophin-3), dan NT-4 (neurotrophin-4). TrkB memediasi efek BDNF dan NT-4, TrkA mengikat NGF, dan TrkC mengikat NT-3. NT-3 dapat berikatan dengan TrkA dan TrkB, walaupun afinitasnya rendah (Patapoutian, 2001). Reseptor BDNF yang lain, yaitu p75 memiliki peranyang kini masih kurang jelas. Beberapa penelitian memperlihatkan bahwa p75NTR berfungsi

sebagai

suatu

sink

untuk

neurotrophin.

Sel-sel

yang

mengekspresi p75NTR dan reseptor Trk memunyai aktivitas yang lebih besar karena memunyai microkonsentrasi neuroptrophin yang lebih besar. P75NTR dapat memicu apoptosis apabila sel tersebut tidak memiliki


reseptor

Trk.

BDNF

diproduksi

di

endoplasmic

reticulum

dan

diekspresikan melalui dense-core vesicle setelah berikatan dengan reseptor carboxypeptidase E (CPE). Kerusakan ikatan ini dapat menyebabkan hilangnya kemampuan sel untuk mengekspresikan BDNF melalui dense-core vesicle (Fernandes, 2008).

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

2.16 Plastisitas Otak Plastisitas otak (neuroplasticity) adalah kemampuan otak untuk melakukan reorganisasi dalam bentuk interkoneksi baru pada saraf. Plastisitas merupakan kapasitas otak untuk berubah dan beradaptasi terhadap

kebutuhan

fungsional.

Mekanisme

ini

termasuk

proses


neurogenesis angiogenesis, gliagenesis and synaptogenesis,

dan

melibatkan perubahan kimia saraf (neurochemical), penerimaan saraf (neuroreceptive) , perubahan struktur neuron saraf dan organisasi otak. Plastisitas juga terjadi pada proses perkembangan dan kematangan sistem saraf (Ganong, 2002). Plastisitas otak berlangsung seumur hidup dengan kecepatan maksimal pada beberapa tahun pertama kehidupan. Plastisitas ini juga lebih tinggi pada beberapa bagian otak dibandingkan dengan bagian otak yang lain. Hal ini menjelaskan bahwa anak mampu pulih dari cedera kepala jauh lebih cepat dan lebih baik.Plastisitas otak tidak terbatas pada keadaan yang tidak direncanakan, seperti kecelakaan, trauma otak, dan kasus penting lain yang memerlukan rewiring untuk membangun kembali hubungan fungsional (Ganong, 2002).

2.17 Neuroproteksi Secara historis konsep neuroproteksi sudah dikenal dan dipakai oleh praktisi kedokteran Yunani kuno dengan menggunakan ”pendinginan” untuk mengobati cedera otak dan stroke. Hipotermia kembali berperan seiring dengan kemajuan pada bidang bedah saraf sejak tahun 1960. Penelitian tahun 1990 menunjukkan hasil percobaan preklinis yang mengesankan dimana kerusakan jaringan otak dapat dikurangi secara bermakna. Neuroproteksi bertujuan menyelamatkan sebanyak mungkin neuron akibat cedera kepala, meminimalkan defisit neurologis dan


tentunya selain menyelamatkan nyawa pasien juga memaksimalkan kwalitas hidupnya pasca cedera. Konsep neuroproteksi terutama didukung dan lahir dari penelitian patologi dan patofisiologi cedera otak iskemi (Cheng, 2004), yaitu bila terjadi penghentian pasokan oksigen dan glukosa yang tiba-tiba ke jaringan otak, maka akan terjadi serangkaian reaksi beruntun atau cascade patologis. Jenis neuroproteksi yang digunakan berdasarkan mekanisme

kerja

obat

tersebut

dalam

mencegah

infark

otak.

Neuroproteksi ini dibagi menjadi dua macam, yaitu neuroproteksi primer dan neuroproteksi sekunder (White, 2000). Neuroproteksi primer bertujuan untuk mencegah kematian sel nekrotik pada awal kejadian cedera kepala sehingga pemberian neuroproteksi primer harus pada tiga jam pertama setelah kejadian cedera kepala. Beberapa senyawa yang berperan dalam neuroproteksi primer adalah potential-dependent calcium-channel antagonists, inhibitors of synthesis and presynaptic release of Glutamate, GABA antagonists, dan golongan glycine serta glutamate receptor antagonists seperti NMDA receptor antagonist non-competitive, NMDA receptor antagonist selective, dan Polyamines. Neuroproteksi sekunder bertujuan menghambat pro-inflammatory cytokines, adhesi sel, pro-oxidant enzymes, menambah trophic support, dan mencegah apoptosis, dimana ini mulai diberikan dalam 3-6 jam pertama dan dilanjutkan selama 7 hari. Senyawa-senyawa yang merupakan neuroproteksi sekunder adalah free radical scavenger, NO-


synthese blockers, inhibitors of local inflammation, statin, estrogens, neurotrophic factors, neuropeptide: ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10., regulators of receptors structure (Gusev &Skvortsova, 2003).

2.17.1. Neuropeptida Neuromodulator yang telah digunakan secara klinis dengan efek neuroprotektif yang terdokumentasi adalah senyawa ACTH 4-10 Pro8-Gly9Pro10. Setelah pemberian intranasal, 60-70% ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 akan diabsorpsi secara cepat melalui membran mukosa nasofaring dan masuk ke dalam sistem sirkulasi dalam waktu 1-5 menit. Konsentrasi puncaknya dicapai setelah 60 menit pemberian. Biotransformasi dilakukan oleh aminopeptidase dan angiotensin converting enzyme. Waktu paruh obat ini dalam tubuh manusia hanya beberapa menit, tetapi efek terapi dapat bertahan selama 20-24 jam. Hal ini disebabkan oleh senyawa yang terbentuk setelah degradasi MEHFPGP, yaitu EHFPGP (Glu-His-Phe-ProGly-Pro)

dan

HFPGP

(His-Phe-Pro-Gly-Pro),

juga

merupakan

neuropeptida yang stabil yang dapat memodulasi neurotransmitter cholinergic dan membentuk NO secara independen. Senyawa ini diekskresikan melalui ginjal dan dibuang melalui urin (Gusev dan Skvortsova,2003; Husada, 2006; Bashkatova, 2001) ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 dapat melindungi sel-sel neuron dengan menghambat apoptosis melalui mekanisme penghambatan produksi NO yang berlebihan oleh iNOSdan pembentukan SOD yang berfungsi mencegah efek merusak dari ROS (Reactive Oxygen Species) yaitu


radikal bebas oksigen, menghambat runtun reaksi kaspase dengan meningkatkan protein ant-apoptotik Bcl-2 dan meningkatkan kadar NGF dan BDNF di serum maupun CSF. ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 ini telah terbukti mampu memicu secara cepat produksi mRNA growth factors yang bersifat melindungi sel otak, antara lain Nerve Growth Factor (NGF) dan BDNF

(Shadrina

M,

2000).ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10juga

dapat

menurunkan High Mobility Group Box-1 (HMGB-1) (Fink, 2007). Pada sel-sel yang mengalami iskemia ataupun nekrosis, HMGBI akan terekspresi dan merangsang ekskresi IL-1, IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α atau lipopolisakarida (LPS). Sitokin-sitokin tersebut dapat merangsang kembali produksi HMGBI. ACTH4-10Pro8-Gly9-Pro10 memunyai kerja multipotensial dan bekerja melalui reseptor melanocortin (MC4) untuk menjalankan fungsi modulatorisnya (Fink, 2007; Jung BK, 2006). ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 ini dapat meregulasi aktivasi dan inhibisi reseptor NMDA (glutamat, aspartat, glisin dan taurin) yang ada pada sistem saraf sentral dan saraf perifer. Senyawa ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 ditemukan juga memiliki potensi untuk memelihara keseimbangan dinamis antara kadar serotonin dan dopamin pada satu sisi dan kadar dopamin dan asetilkolin pada sisi yang lain, sehingga dapat memperbaiki kondisi gangguan psikis, emosional, kognitif, dan gangguan vegetatif. Substansi ini juga dapat meregulasi kardiak output dan laju respirasi serta dapat mempercepat proses adaptasi yang dapat meningkatkan daya tahan tubuh. ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 dapat menurunkan sitokin proinflamasi, seperti IL-8, IL1β, dan apoptosis (Fink, 2007; Jung BK, 2006).


Uji klinis double blind, placebo-controlledterhadap 160 pasien dengan

stroke

iskemia

carotid

akut

denganACTH 4-10 Pro8-Gly9-

Pro10menunjukkan penurunan mortalitas sebesar 76,6% pada cedera kepala sedang dan ringan serta 77,3% pada cedera kepala berat. Setelah pemberian ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 terjadi peningkatan Bcl-2 sebanyak dua puluh kali lipat dalam CSF pada hari ketiga dan serum pada hari ketujuh. Pada hari ketiga

TGF-1β meningkat sebesar 30%, NGF naik

18,2%, dan BDNF naik 50%. Kadar SOD (Superoxide Dismutase) naik 100% dan IL-10 (antiinflamasi) meningkat 60% yang diikuti dengan penurunan IL-8 dan IL-1β (proinflamasi) masing-masing sebesar 62% dan 25%. Dari data-data di atas tampak bahwa ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 bekerja melalui modulasi positif mekanisme Survival Pathways dan modulasi negatifDeath Pathways secara serentak (Gusev dan Skvortsova, 2003; Husada, 2006). Di samping itu, ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 secara nyata dapat menurunkan produksi S100β, Myelin Basic Protein (MBP) dan aktivitas leukocytic elastase (LE) di serumpenderita stroke iskemia yang diberikan dosis 12-18 mgr per hari selama 3 hari. Ini menggambarkan adanya pengurangan respon peradangan dan penurunan reaksi autoimmune, sehingga terjadi perbaikan kondisi sawar darah otak (BBB) dan penurunan volume infark. S100β juga merupakan suatu marker untuk trauma otak (Gusev dan Skvortsova, 2003). ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 juga memunyai efek menurunkan Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) yang meningkat pada pasien-pasien


trauma otak. ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10dapat memperbaiki kerusakan saraf mata (optik nerve) dan memperbaiki lapangan pandang dan visus pada pasien-pasien dengan gangguan penglihatan oleh karena cedera ataupun iskemia pada mata seperti pada tekanan intra-okuler akibat glaucoma. ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 dapat meningkatkan kapasitas kognitif seperti memori, proses berpikir, dan meningkatkan aktivitas bekerja dengan cara modulasi aktivitas Acetylcholine esterase. Obat ini juga memberi hasil positif

pada

kasus

depresi

dan

anxietas

dengan

cara

melancarkantransmisi serotonergik dan noradrenergic di otak (Gusev dan Skvortsova, 2003). Beberapa penelitian membuktikan bahwa ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 juga memunyai efek analgetik. Dengan memberikan dosis sebesar 0.5 mg/kgBB pada hewan coba, ternyata ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10dapat mengurangi nyeri. Selain itu, ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 juga berfungsi sebagai

senyawa

antihipoksik,

antipiretik

dan

antihemmorhagik.

ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 juga berperan dalam mencegah stress ulcer dengan dosis sebesar 50mg/kgBB yang diberikan intraperitoneal selama 5 hari (Umarova et al, 2003) ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 dapat mencegah serebral iskemia dan hipoksia dengan cara meningkatkan protein antioksidan (SOD) dan meningkatkan resistensi mitokondria terhadap gangguan oksidatif dan imbalans ion kalsium (peningkatan ekspresi Bcl-2), serta toksisitas glutamate yang sering terjadi pada kondisi iskemia ataupun trauma (Storozhevykh et al, 2007).


Profil keamanan ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 cukup tinggi, tidak dijumpai efek samping yang berarti pada pemberian dosis yang tinggi,.Tidak dijumpai interaksi dengan obat-obat yang lain ataupun reaksi alergi. Akan tetapi dapat dijumpai mukosa hidung yang pucat sebanyak 10 % dan kadar gula darah yang meningkat 7,4% pada penderita diabetes melitus (Gusev dan Skvortsova,2003; Ashmarin, 1989; Cherkasova, 2001) Dosis

ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10

yang

diberikan

pada

hewan

percobaan bervariasi bergantung pada efek yang diinginkan antara lain efek antioksidatif, antihipoksia, angioprotektif dan pencegahandampak iskemia

dimana

percobaan,

rentangnya

antara

3-30

ACTH4-10Pro8-Gly9-Pro10

µg/kgBB.

dapat

Pada

berfungsi

hewan sebagai

antioksidan, antihipoksik, dan angioprotektif dengan rentang dosis antara 150-300 µg/kgBB, sedangkan pada manusia dosis yang diberikan berkisar antara 3 -18 mg/kgBB.


Gambar 16. Skema Pemberian Obat Secara Intranasal ke CNS/Blood Brain Barrier (Chiaretti et al, 2008). Gambar 16 menunjukkan proses pemberian obat secara intranasal hingga mencapai otak. setelah pemberian melalui tetesan kerongga hidung,obat berdiffusi melalui rongga perineural traktus olfaktorius dan cabang nervus trigeminus, retrograde axonal transport, mikrosirkulasi kapiler hidung, hingga mencapai CNS. Dalam waktu 1-4 menit, pemberian ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 intranasal sudah dapat mencapai sawar darah otak dan cairan CSF, serta efeknya dapat bertahan hingga 20-24 jam walaupun senyawa sudah dielimasi oleh tubuh.(Qiu, 2008; Utgaard et al, 1998; Chiaretti et al, 2008; Heinrich et al, 2003; Gopcevic et al, 2007) Kadar ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10 di jaringan otak dengan pemberian intranasal mencapai 3-4 kali lipat dibandingkan dengan pemberian intravena. Hal ini dapat terjadi karena pemberian nasal

diuntungkan

dengan adanya proses fisik difusi melalui CSF dalam rongga perineural langsung ke CSF dalam otak menempuh jarak yang pendekdan juga memanfaatkan retrograde axonal transport serta tidak melaluiFirst pass metabolism di hepar. Waktu pemberian dianjurkan sedini mungkin setelah terjadinya cederayang berakibat iskemia agar mendapatkan hasil yang maksimal, karena perinsip penanganan iskemia otak adalah time is brain (Born et al, 1992; Stephanie et al, 2006; Janson, 2004; Jadhay, 2007; Talegaonkar et al, 2004; Gozes 2001).

2.17.2 Statin


Statin telah lama digunakan sebagai inhibitor yang poten terhadap biosintesis kolesterol. Statin dapat menurunkan kadar low-density lipoprotein (LDL) dan risiko kejadian kardiovaskular (Golsteinet al, 1990). Perkembangan

penelitian

menyebutkan

bahwa

statin

memunyai

kegunaan tambahan sebagai neuroprotektor (Cucchiara et al, 2001; Rikitake et al, 2005).

Gambar 17. Struktur Kimia Simvastatin (Wikipedia, 2010)

Jenis-jenis statin adalah lovastatin, pravastatin, dan simvastatin yang berasal dari jamur; atorvastatin, rosuvastatin, fluvastatin, pravastatin yang sintetis (Schachter, 2005).Atorvastatin dan simvastatin meskipun farmakokinetiknya berbeda, tidak banyak menunjukkan perbedaan dalam penanganan cedera otak. Efek terapi statin pada cedera otak dibagi berdasarkan mekanisme akut sampai kronis (Wang et al, 2007). Statin sebagai inhibitor 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzim A (Inhibitor HMG CoAreduktase) dapat menghambat perubahan dari HMG CoA menjadi mevalonate (Wang et al, 2007).


Gambar 18. Skematik Mekanisme Kerja Statin dalam Signaling Seluler dan Neuroproteksi ( Van der Most et al, 2009).

Pada gambar 18, ditunjukkan mekanisme kerja statin. Selain digunakan

untuk

pengobatan

dislipidemia,

statin

juga

berfungsi

meningkatkan fungsi endothelial, mengurangi agregisasi platelet, dan mengurangi proses inflamasi dengan cara menghambat produksi C reactive protein (CRP) (Wang et al, 2007).


Gambar 19. Beberapa Mekanisme Brose Perpindahan Molekul melalui Membran Sel (Brunton, 2006) Simvastatin yang diberikan secara oral akan diserap oleh usus antara 30% hingga 85%. Simvastatin diserap dalam bentuk laktone inaktif sehingga perlu ditransformasi di hati menjadi bentuk aktif, yaitu ß-hydroxy acid dan asam simvastatin.

Hampir seluruh Simvastatin yang diserap

akan mengalami first pass metabolism di hati. Mekanisme simvastatin masuk ke dalam hati melalui difusi sederhana karena sifat simvastatin yang lipofilik, seperti yang ditunjukkan pada gambar 19. Akibat first pass metabolism, bioavabilitas sistemik simvastatin dan metabolitnya bervariasi antara 5% hingga 30% dari dosis yang diberikan (Brunton, 2006).


Gambar 20. Farmakokinetik Statin (McDonagh et al, 2011)

Farmakokinetik statin ditunjukkan pada gambar 19. Di dalam plasma, lebih dari 95% simvastatin dan metabolitnya akan berikatan dengan protein. Setelah pemberian oral, konsentrasi simvastatin dalam plasma akan mencapai puncak dalam waktu 1 hingga 4 jam. Begitu juga dengan waktu paruh dari simvastatin, yaitu 1 hingga 4 jam. Simvastatin dan metabolitnya diekskresikan melalui feses sebanyak 70% dan sisanya


melaui urin.Efek samping Simvastatin yang paling sering dijumpai adalah hepatotoksisitas dan miopati (Brunton, 2006; Lennernas, 1997) Statin telah terbukti memunyai efek perlindungan yang baik terhadap neuron primer kortikal dan sel neuroblastoma. Simvastatin dengan pemberian yang lama mampu mencegah kematian neuron dengan cara menstimuli gen kelangsungan hidup sel, yaitu gen Bcl-2. Simvastatin melindungi produksi Bcl-2 dari penghambatan pada tingkat post-transkripsi, sehingga terjadi peningkatan jumlah mRNA Bcl-2 dan protein. Selain meningkatkan Bcl-2, simvastatin juga memengaruhi ekspresi dari c-fos, c-myc dan hexokinase 1 yang semua ini berperan dalam kematian dan keselamatan sel. Hubungan antara Bcl-2 dengan neuroproteksi telah dibahas sebelumnya ( Johnson-Anuna, 2007)

Gambar 21. Efek Statin dalam Cedera Kepala (Butterick et al, 2010)


Pada

gambar

21

tampak

beberapa

mekanisme

statin

sebagai

neuroprotektor pada cedera kepala, yaitu (Butterick et al, 2010; Van der Most et al, 2009) 1. Meningkatkan

aliran

darah,

yaitu

dengan

menurunkan

mikrotrombosis, menurunkan aktivitas thrombin, menurunkan vWF, meningkatkan integritas endotelial, dan meningkatkan eNOS. 2. Mengurangi proses neuroinflamasi, yaitu menurunkan sitokin inflamasi, meningkatkan integritas sawar darah otak, menurunkan edema serebral, menurunkan aktivasi mikroglial, dan menurunkan stress oksidatif. 3. Mengurangi cedera neuronal, yaitu menurunkan kematian akibat excitotoksik 4. Mengurangi apoptosis, yaitu menurunkan Bax dan caspase 3. 5. Meningkatkan neurogenesis dan plastisitas, yaitu meningkatkan BDNF

dan

VEGF,

meningkatkan

PI3K,

dan

meningkatkan

synaptophysin. 6. Meningkatkan angiogenesis melalui peningkatan VEGF, VEGFR2, akt/PKB dan eNOS.

2.18 Harapan Ke Depan Penelitian dan penatalaksanaan cedera otak secara biologi molekuler, baik biokimia maupun immunologi semakin maju. Peningkatan jumlah penelitian neuroproteksi yang memasuki fase III memberikan harapan dalam pengobatan cedera kepala.Namun, Semua inimemerlukan


pemahaman dan penilaian yang akurat tentang keabsahan dan faedahnya terhadap penatalaksanaan cedera otak (Bath, 2006).

2.19 Kerangka Teori Penelitian

Keterangan: H: inhibitor HMG CoA Reduktase A: ACTH 4-10 Pro8-Gly9-Pro10


BAB II KAJIAN PUSTAKA. bukan bersifat degeneratif ataupun kongenital, melainkan akibat kekuatan

Recommend Documents