BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1 Penuaan Karakteristik penuaan adalah penurunan kemampuan mengatasi stres, peningkatan ketidakseimbangan homeostasis, dan peningkatan insiden patologis. Penuaan adalah masalah perubahan seluler yang mengarah pada kerusakan dan kematian. Pada penuaan terjadi penurunan enzim, hormon, dan faktor-faktor pertumbuhan sehingga proses regenerasi berlangsung lambat. Selain pengaruh genetik (teori program), lingkungan dapat mempercepat penuaan. Radiasi sinar ultraviolet, polusi, asap rokok menghasilkan radikal bebas yang merusak sel-sel (Weinert dan Timiras, 2003). Tanda-tanda penuaan fisik dapat kita amati seperti penipisan rambut, rambut uban, dan kulit keriput. Ada berbagai teori yang digunakan untuk menjelaskan mengapa penuaan terjadi. Teori program dan teori wear and tear adalah teori yang menjelaskan tentang penuaan. Penuaan terjadi oleh karena ada faktor internal dan eksternal. Faktor internal meliputi penumpukan radikal bebas, hormon yang berkurang, glikosilasi, metilasi, apoptosis, imunitas yang menurun, dan genetik. Faktor eksternal meliputi gaya hidup yang tidak sehat, kebiasaan yang salah, polusi lingkungan, stres, dan kemiskinan (Pangkahila, 2007). Vaskularisasi yang baik dibutuhkan untuk regenerasi kulit termasuk rambut. Proses penuaan mengakibatkan penurunan jumlah dan ukuran pembuluh
darah kulit. Penurunan tampak jelas pada photoaging skin dibandingkan intrinsic aging skin. Proses penuaan menyebabkan peningkatan degenerasi matriks ekstraseluler dermis (Chung dkk., 2002).
2.2 Rambut 2.2.1 Fungsi dan struktur rambut Fungsi utama folikel rambut adalah untuk memproduksi batang rambut. Fungsi fisiologis batang rambut lebih dominan pada hewan mamalia daripada manusia, sedangkan fungsi sosial lebih dominan pada manusia. Rambut di scalp, wajah, dan badan berfungsi sebagai media fisik dalam hubungan sosial manusia. Kondisi patologis rambut dapat memberikan dampak psikososial yang tidak baik bagi individu tersebut (Stenn dan Paus, 2001). Folikel rambut terdiri dari komponen epitel dan dermal. Komponen epitel terdiri dari matriks, medulla, inner root sheat, korteks, kutikula, dan outer root sheat. Komponen dermal terdiri dari dermal papilla dan connective tissue sheat (Deplewski dan Rosenfield, 2000). Folikel rambut berkembang dari epidermis embrionik sebagai jari epitel (epithelial finger). Jari epitel berdiferensiasi menjadi 3 silinder epitel. Silinder bagian sentral membentuk batang (serat) rambut, bagian tengah membentuk inner root sheat (IRS), dan bagian terluar membentuk outer root sheat (ORS). Batang rambut dan inner root sheat bersama-sama bergerak ke luar permukaan kulit. Pembentukan folikel rambut dari epidermis primitif disebut morphogenesis rambut,
sedangkan pembentukan struktur rambut (regenerasi) disebut siklus rambut (Stenn dan Paus, 2001).
Tabel 2.1 Fungsi folikel dan batang rambut (Stenn dan Paus, 2001) Folikel rambut Membentuk batang rambut Menyediakan epitel dan dermal reservoir untuk pembaruan dan respons perbaikan rambut Menyediakan perangkat sensoris untuk mengenali pergerakan rambut Menyediakan melanocyte reservoir untuk pigmentasi batang rambut dan repigmentasi epidermis Menghasilkan dan melepaskan sebum untuk melumasi batang rambut dan perlindungan permukaan epidermis Menyediakan Langerhans cells resevoir Batang rambut Sebagai dekorasi, komunikasi sosial, dan kamuflase Melindungi dari trauma dan penetrasi serangga Melindungi dari radiasi elektromagnetik Sebagai antena sensoris untuk mengenali lingkungan Insulasi terhadap panas tubuh Sebagai bagian dari mekanisme pembersihan permukaan kulit dari kotoran atau parasit Sebagai bagian dari mekanisme transportasi bahan dari dalam ke luar, seperti sebum, feromon
Semua folikel matur mengalami siklus pertumbuhan yang terdiri dari fase pertumbuhan (anagen), regresi (catagen), istirahat (telogen), dan pengguguran
(shedding / exogen). Rambut manusia terdiri dari 80 - 90% pada fase anagen, 1 – 2% pada fase catagen, dan 10 – 20% pada fase telogen (Stenn dan Paus, 2001; Novak dan Meyer, 2009). Siklus pertumbuhan rambut dikendalikan oleh dermal papilla. Dermal papilla harus ada untuk regenerasi folikel rambut. Sumber papilla baru adalah sel-sel dari dermal sheat. Pertumbuhan folikel rambut berhenti bila dermal papilla dihilangkan. Regenerasi dermal papilla masih ada bila folikel rambut dihilangkan sampai 1/3 proksimal dengan menyisakan dermal sheat. Namun regenerasi dermal papilla tidak terjadi bila folikel rambut dihilangkan sampai lebih 1/3 proksimal termasuk kelenjar sebacea (Deplewski dan Rosenfield, 2000). Folikel rambut pada berbagai area tubuh mempunyai perbedaan dalam ukuran, bentuk, dan warna. Rambut vellus mempunyai karakteristik halus, pendek, dan tanpa pigmen sedangkan rambut terminal mempunyai karakteristik kasar dan tebal (Stenn dan Paus, 2001).
2.2.2 Siklus rambut Siklus rambut dimulai dengan fase anagen, yaitu fase pertumbuhan rambut. Beberapa hal yang berkaitan dengan permulaan fase anagen adalah stem cells, mekanisme ritmis yang unik, sinyal ke epitel dan atau mesenkimal, dan growth factors. Pada awal fase anagen, sel epitel dari secondary hair germ tumbuh ke dalam dermis sebagai epidermal finger. Ketika mencapai kedalaman tertentu, sel-sel di silinder sentral tumbuh dengan arah berbalik yaitu ke arah permukaan epidermis, sehingga terbentuk inner root sheat dan batang rambut (Stenn dan
Paus, 2001). Dermal papilla bertambah besar, matriks ekstraseluler berkembang ekstensif, dan terbentuk capillary loops (Deplewski dan Rosenfield, 2000). Ada perbedaan antara mencit dan manusia, yaitu waktu siklus sel matriks pada mencit adalah 12-13 jam sedangkan pada manusia adalah 23 jam. Saat fase anagen, sel-sel di folikel menunjukkan indeks mitosis 2,4% pada mencit dan 4,3% pada manusia. Proses angiogenesis terjadi selama fase anagen. Fibroblas papilla dan keratinosit outer root sheat mengandung faktor angiogenik seperti vascular endothelial growth factor (Stenn dan Paus, 2001). Beberapa senyawa dapat menginduksi fase anagen seperti minoxidil, norepinephrine-depleting
agent,
estrogent
receptor
antagonist,
tretinoin,
keratinocyte growth factor (KGF), hepatocyte growth factor (HGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), epidermal growth factor (EGF), fibroblast growth factor (FGF), insulin-like growth factor (IGF), substance P, capsaisin, parathyroid hormone antagonist, ACTH, mast cell degranulation, prolaktin, insulin. Fase anagen dapat dihambat oleh glukokortikoid, hormon paratiroid, estrogen, transforming growth factor β1 (TGFβ1), TGFβ2, interferon-γ (IFN-γ) (Deplewski dan Rosenfield, 2000; Stenn dan Paus, 2001; Ohnemus dkk., 2006). VEGF, IGF, dan HGF memperlama durasi fase anagen (Ohnemus dkk., 2006). Folikel berhenti tumbuh pada akhir fase anagen, lalu dimulai dengan fase catagen. Pertumbuhan folikel berhenti oleh karena berbagai sebab yaitu jumlah mitosis populasi sel yang terbatas, perubahan faktor parakrin seperti akumulasi inhibitor pertumbuhan dan agen proapoptotik, atau perubahan aktivitas sel mast
dan makrofag perifolikuler, atau kombinasi semuanya (Stenn dan Paus, 2001). Volume matriks ekstraseluler berkurang pada fase catagen (Deplewski dan Rosenfield, 2000; Stenn dan Paus, 2001). Selama transformasi anagen-catagen terdapat peningkatan jumlah sel mast di dalam perifolikular. Ada sel-sel inflamasi mononuclear di sekeliling folikel pada fase catagen di tikus, tetapi hal ini tidak terjadi pada mencit (Stenn dan Paus, 2001). Fase catagen dikendalikan oleh proses apoptosis dan diferensiasi sel (Stenn dan Paus, 2001). Apoptosis adalah kematian sel terprogram, dengan karakteristik berupa pengkerutan sel, hilangnya kontak antar sel, kondensasi kromatin, kolaps sitoskeleton, kontraksi dan fragmentasi inti sel, eosinofilik sitoplasma, fragmentasi sel, dan fagisitosis oleh sel fagosit. Apoptosis dapat diaktivasi oleh hilangnya growth factors, hilangnya interaksi antar sel atau sel-substrat, perubahan interaksi sitokin, paparan hormon, proses imun, infeksi virus, kerusakan subletal (kemoterapi, radiasi), atau murni oleh faktor genetik. Fase telogen adalah fase istirahat dimana epitel folikel menunjukkan sedikit atau tidak ada aktivitas sintesis DNA atau RNA. Dermal papilla menjadi condensed ball of cells. Matriks ekstraseluler sangat berkurang atau hampir tidak ada karena aktivitas mitosis berhenti (Deplewski dan Rosenfield, 2000). Fase exogen adalah pengguguran rambut, dimana pada hewan rambut baru sudah tumbuh sebelum rambut lama gugur. Mekanisme ini dibutuhkan untuk perlindungan pada hewan sebab membutuhkan fungsi fisiologis rambut. Tikus dan mencit memiliki dua sampai tiga batang rambut dalam satu folikel meskipun
hanya satu batang rambut yang tumbuh. Pola pertumbuhan ini tidak ditemui pada manusia. Ada faktor intrinsik dan ekstrinsik yang menyebabkan pengguguran rambut. Faktor intrinsik meliputi faktor endokrin dan innate local control. Faktor ekstrinsik meliputi cahaya, suhu lingkungan, dan nutrisi (Stenn dan Paus, 2001).
Tabel 2.2 Reseptor growth factors di folikel rambut (Stenn dan Paus, 2001; Man dkk., 2009) Reseptor growth factor Lokasi di folikel rambut FGF receptor (FGFR) FGFR1
Papilla
FGFR2
Matriks
FGFR3
Precuticle cell of bulb
FGFR4
IRS, ORS bulb periphery
IGF-1 receptor (IGF-1R)
Sel basal ORS, glandula sebacea, keratinosit matriks rambut bagian atas
EGF receptor (EGFR)
ORS dan matriks fase anagen, semua sel undifferentiated epitel dan secondary hair germ fase catagen
HGF receptor (HGFR)
Follicular bulb epithelium
Platelet-derived growth factor receptor
Papilla folikel
(PDGFR) VEGFR
Papilla folikel
Gambar 2.1 Histomorfologi folikel matur rambut (Stenn dan Paus, 2001) Keterangan: ORS=outer root sheath, CL= companion layer, He= internal root sheath Henle’s layer, Hu=internal root sheath Huxley’s layer, Csth=cuticle of internal root sheath, Csft =cuticle of hair shaft, CTX=cortex of shaft, Med=medulla of shaft. A: irisan vertikal folikel anagen proksimal, pembesaran rendah. B: irisan vertikal folikel anagen proksimal, pembesaran tinggi. C: irisan melintang folikel anagen proksimal. D: batang telogen dengan folikel anagen di bagian bawah. Secondary hair germ epitheliumberada di dasar folikel telogen (tanda panah).CTS=connective tissue sheath, SG=sebaceous gland, Club=telogen shaft base, Anag=proximal anagenfollicle, FP=follicular papilla, GE=germinative epithelium.
Rambut (bulu) mencit atau tikus memiliki ukuran yang kecil sehingga sulit diperiksa atau diukur. Sebaliknya rambut kumis (vibrissa) mudah diukur dan memiliki pola yang konstan. Pertumbuhan panjang rambut vibrissa normal pada mencit adalah 1 mm/hari dan pada tikus 1,5 mm/hari. Diameter ujung vibrissa pada mencit adalah 2-5 µm dan pada tikus 3-5 µm, sedangkan diameter pangkal vibrissa pada mencit adalah 80-90 µm dan tikus 160-180 µm. Panjang vibrissa normal pada mencit adalah 26,86 ± 0,52 mm, dengan rentang 22,9-30,0 mm, dan pada tikus 47,77 ± 0,87 mm, dengan rentang 42,9-52,5 mm. Ukuran rerata dermal papilla vibrissa normal pada tikus adalah 50,68 ± 1,23 mm, dengan rentang 43,858,3 mm. Vibrissa yang dicabut pada fase apapun tetap bisa tumbuh normal sesudah 8-11 hari pencabutan (Ibrahim dan Wrigth, 1982).
2.2.3 Alopecia Alopecia adalah kehilangan rambut (hair loss) dimana jumlah rambut per unit area berkurang sehingga terjadi kebotakan. Disfungsi selama fase anagen atau telogen mengakibatkan alopecia. Bentuk alopecia meliputi rambut rontok secara berlebihan (excessive shedding), fase telogen berkepanjangan (prolongation of telogen = telogen effluvium), dan kegagalan produksi rambut (viable hair) selama fase anagen. Penyebab alopecia terdiri dari faktor intrinsik dan faktor ekstrinsik. Faktor intrinsik terdiri dari genetik, penuaan, ketidakseimbangan hormon, imunologis, dan stres. Faktor ekstrinsik terdiri dari radiasi sinar ultraviolet, malnutrisi, dan infeksi.
Mutasi gen hairless (hr) pada mencit dan manusia mengakibatkan alopecia. Proses penuaan menyebabkan densitas rambut berkurang dan laju pertumbuhan rambut fase anagen juga berkurang. Ketidakseimbangan hormon meliputi androgenetic alopecia, dimana hormon androgen diubah menjadi dihydrotestosteron yang dapat mempersingkat fase anagen; hipotiroidisme; hiperadrenokortikisme; kehamilan, masa nifas, dan laktasi dapat memperpanjang fase telogen. Kelainan imunologis meliputi alopecia areata, lichen planus, lupus eritematosus, dan alergi. Studi pada mencit yang dipapar kebisingan sebagai stressor, mengalami fase telogen lebih lama, induksi fase anagen yang terlambat, atau terminasi fase anagen lebih dini, sehingga mengakibatkan alopecia (Novak dan Meyer, 2009). Radiasi sinar ultraviolet menghasilkan radikal bebas yang dapat merusak folikel rambut sehingga terjadi alopecia. Malnutrisi meliputi defisiensi seng (zinc=Zn), vitamin D, vitamin A, besi (Fe), dan protein menyebabkan alopecia. Infeksi bakteri atau parasit dapat menghambat proliferasi keratinosit dan meningkatkan apoptosis folikel rambut. Proses inflamasi akibat infeksi mengakibatkan pelepasan mediator proinflamasi yang dapat menghambat fase anagen. Stressor mengakibatkan peningkatan hormon stres yaitu glukokortikoid dan peningkatan mediator proinflamasi sehingga terjadi alopecia (Novak dan Meyer, 2009). Alopecia secara klinis dibagi menjadi 3 tipe yaitu nonsikatrik (reversible), sikatrik (non-reversible), dan abnormalitas batang rambut. Alopecia nonsikatrik
dibagi menjadi 5 subtipe yaitu telogen effluvium (shedding), androgenetic alopecia, alopecia areata (isolated / recurrent patchy hair loss), traction alopecia (hair pulling), dan trichotillomania (compulsive hair-plucking). Telogen effluvium merupakan kerontokan rambut sebab folikel rambut berubah lebih dini atau lebih cepat dari fase anagen ke fase catagen atau telogen (Brenner dan Bergfeld, 2003).
Gambar 2.2 Morfogenesis dan siklus folikel rambut (Stenn dan Paus, 2001)
Gambar 2.3 Jam biologis siklus folikel rambut (Ohnemus dkk., 2006) Keterangan: BMP-2=Bone morphogenic protein-2; NTs=neurotrophins; NT-3=neurotrophin-3; KGF= keratinocyte growth factor; CTSL=cathepsin-L; GDNF= glial-derived neurotropic factor.
2.3 Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) 2.3.1 Fungsi dan struktur VEGF Vaskulogenesis
adalah
perkembangan
pembuluh
darah
pada
awal
perkembangan embrio. Angiogenesis adalah pembentukan, remodeling, dan ekspansi pembuluh darah menjadi arteri, vena, dan kapiler pada saat postnatal. VEGF adalah protein homodimer 40kD, yang termasuk keluarga glikoprotein, yang berperan dalam vaskulogenesis dan angiogenesis (Jussila dan Alitalo, 2002).
VEGF terdiri dari VEGF-A, VEGF-B, VEGF-C, VEGF-D, VEGF-E, VEGFF dan placenta growth factor (PlGF). VEGF mempunyai kemampuan menginduksi permeabilitas endotel, proliferasi endotel, dan angiogenesis (Maharaj, 2007). VEGFA dulu disebut juga vascular permeability factor sebab mengakibatkan ekstravasasi cairan dan protein. VEGF-A berikatan dengan reseptor di endotel vaskuler (VEGFR1 dan VEGFR-2) sehingga menginduksi proliferasi dan survival endotel (Jussila dan Alitalo, 2002; Dai dan Rabie, 2007). VEGF-B disebut juga VEGF-related factor, yang banyak diproduksi di jantung (miokardium), otot rangka, tulang, kelenjar adrenal, pankreas, dan otot polos beberapa pembuluh darah besar. VEGF-C disebut juga VEGF-related protein, yang lebih berperan dalam limfangiogenesis daripada angiogenesis. VEGF-D disebut juga c-fos-induced-growth factor, yang banyak diproduksi di anggota gerak, gigi, hati, jantung, paru, ginjal, dan periosteum kolumna vertebralis. VEGF-D berperan dalam limfangiogenesis dan angiogenesis. VEGF-E ditemukan pada gen parapoxvirus (virus Orf), yang menginfeksi domba, kambing, dan terkadang manusia. VEGF-F adalah anggota keluarga VEGF yang ditemukan pada racun ular. PlGF berfungsi untuk
angiogenesis,
kemotaksis
monosit,
proliferasi
dan
diferensiasi
osteochondroprogenitor (Jussila dan Alitalo, 2002; Dai dan Rabie, 2007). Ekspresi VEGF dibutuhkan pada proses angiogenesis selama siklus reproduksi wanita yaitu dalam uterus, ovarium, dan payudara, pada proses penyembuhan luka, regenerasi tulang, dan respons otot terhadap latihan fisik. Namun ekspresi VEGF dapat meningkat pada kondisi patologis seperti rheumatoid arthritis,
psoriasis,
atherosclerosis,
amyloid
lateral
sclerosis,
age-related
macular
degeneration, diabetic retinopathy, retinopathy of prematurity, sepsis, and angiogenesis tumor. Ekspresi VEGF distimulasi oleh hipoksia, melalui stabilisasi hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α). Namun ada sitokin dan growth factors lain yang juga dapat menstimulasi ekspresi VEGF, yaitu IGF-1, IL-1, IL-6, PDGF, TNFα, TGF-β, FGF-4, bone morphogenetic proteins (BMP), connective tissue growth factor (CTGF), matrix metalloprotease-9 (MMP-9), hormon tiroid, dan vitamin D (Dai dan Rabie, 2007; Maharaj, 2007).
2.3.2 Reseptor VEGF Reseptor VEGF terdiri dari reseptor tirosin kinase dan non tirosin kinase. Reseptor tirosin kinase terdiri dari VEGFR-1 / Flt-1, VEGFR-2 / Flk-1, dan VEGFR3 / Flt-4. Reseptor non tirosin kinase atau co-receptor terdiri dari neuropilin-1 (Nrp1) dan neuropilin-2 (Nrp-2). Ikatan VEGF dengan VEGFR mengakibatkan dimerisasi dan aktivasi tirosin kinase. Aktivasi ini memulai proses transduksi sinyal sel (Dai dan Rabie, 2007). VEGFR-1 atau fms-like tyrosine kinase receptor-1 (Flt-1) adalah protein transmembran 180 kDa, yang terdapat di endotel vaskuler, dimana berperan dalam sinyal transduksi selama vaskulogenesis dan angiogenesis. VEGFR-1 berikatan dengan VEGF-A, VEGF-B, dan PlGF. VEGFR-2 atau kinase insert domaincontaining receptor (KDR) / fetal liver kinase-1 (Flk-1) adalah glikoprotein 230 kDa yang terdapat di endotel vaskuler. VEGFR-2 berikatan dengan VEGF-A, VEGF-C,
VEGF-D, dan VEGF-F. VEGFR-3 atau fms-like tyrosine kinase receptor-4 (Flt-4) adalah protein terglikosilasi 170 kDa yang terdapat di endotel pembuluh limfe. VEGFR-3 berikatan dengan VEGF-C dan VEGF-D. Neuropilin adalah mediator untuk proses angiogenesis, respons imun, dan perkembangan saraf (Dai dan Rabie, 2007).
2.3.3 VEGF pada rambut Studi tentang peran VEGF pada rambut mencit menunjukkan bahwa follicle-derived VEGF meningkatkan vaskularisasi perifolikuler, laju pertumbuhan rambut, diameter batang rambut, dan ukuran folikel rambut. VEGF meningkatkan angiogenesis melalui proliferasi endotel vaskuler. Dengan pewarnaan hematoxylineosin dan pengamatan mikroskop pembesaran 125x, ukuran hair bulb meningkat pada hari ke-12 dan 15 sesudah depilasi. Ukuran pembuluh darah perifolikuler meningkat 4 kali pada akhir anagen daripada awal anagen. Diameter folikel rambut fase anagen pada hari ke-1 adalah 40 µm dan hari ke-7 adalah 100 µm. Pemberian anti-VEGF menghambat pertumbuhan rambut (Yano dkk., 2001).
