DISERTASI KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM:

Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala

DISERTASI

KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM: 108102020

PROGRAM STUDI DOKTOR (S-3) ILMU KEDOKTERAN FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

Universitas Sumatera Utara

Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala DISERTASI Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Doktor dalam Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran pada Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara di bawah Pimpinan Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K) Untuk Dipertahankan di Hadapan Sidang Ujian Terbuka Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran Universitas Sumatera Utara Oleh KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM: 108102020

PROGRAM STUDI DOKTOR (S-3) ILMU KEDOKTERAN FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014


PROMOTOR Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS Guru Besar Tetap Ilmu Bedah Saraf Fakultas Kedokteran Airlangga Surabaya

KO-PROMOTOR Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S Guru Besar Tetap Ilmu Penyakit Saraf Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara Medan

KO-PROMOTOR Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK Guru Besar Tetap Ilmu Farmakologi Klinik Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara Medan


Judul Disertasi

: Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala

Nama Mahasiswa

: KHAIRUL IHSAN NASUTION

NIM

: 108102020

Program Studi

: Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS Promotor

Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S Ko-Promotor

Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK Ko-Promotor Ketua Program Studi Doktor (S-3)

Prof. Dr. dr. Delfitri Munir, Sp. THT-KL(K) Tanggal lulus

Dekan

Prof.dr.Gontar A.Siregar, Sp.PDKGEH

: 03 Desember 2014


PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama NIM Program Studi Jenis Karya

: KHAIRUL IHSAN NASUTION : 108102020 : Ilmu Kedokteran : Disertasi

Demi pengembangan Ilmu Pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-eksklusif (Non-exclusive Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul :

Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala beserta perangkat yang ada (jika diperlukan), dengan Hak Bebas Royalti Non-eksklusif ini Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat, dan mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya sebagai penulis dan sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini saya perbuat dengan sebenarnya.

Dibuat di Medan Pada tanggal 23 Desember 2014 Yang menyatakan

(Khairul Ihsan Nasution)


Telah diujji pada Ujian Tertutup Tanggal 03 Desember 2014

TIM PENGUJI DISERTASI

Ketua

: Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS

Anggota

: Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K) Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K) Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K) Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM


Allah akan mengangkat (derajat) orang yang beriman diantara kamu dan orang yang diberi Ilmu Pengetahuan beberapa derajat. Dan Allah Maha Mengetahui terhadap apa yang kamu kerjakan (QS Al Mujaadalah (58):11)

Tiada keberhasilan dapat diperoleh tanpa kerja keras, kesungguhan dan pengorbanan (Khairul Ihsan Nasution)


UCAPAN TERIMA KASIH Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh Puji syukur ke hadirat Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang,

atas

segala

rahmat

dan

karunia-Nya,

saya

dapat

melaksanakan pendidikan S-3 Ilmu Kedokteran dan menyelesaikan disertasi

ini

dengan

judul

“Peran

Melatonin

pada

ekspresi

Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4(AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala”. Penelitian dan penulisan disertasi ini mendapat dukungan dan masukan dari berbagai pihak. Dengan hati yang tulus, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada yang terhormat. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H,M.Sc(CTM),Sp.A(K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran di Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara. Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara, Prof. dr. Gontar A. Siregar, Sp.PD-KGEH, atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Studi Doktor (S-3). Ketua Program Studi Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran, mantan Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. dr. Chairuddin P. Lubis, DTM&H,


Sp.A(K), dan Sekretaris Program Studi S-3, Prof. Dr. dr. Delfitri Munir, Sp.THT-KL(K), yang telah memberi kesempatan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan Program Studi Doktor (S-3). Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS, Guru Besar Tetap Ilmu Bedah Saraf Universitas Airlangga/RSUD. dr. Soetomo Surabaya, atas kesediannya dengan tulus ikhlas menjadi Promotor serta meluangkan waktu membimbing, mendorong, dan memberi masukan dengan penuh kesabaran dan ketelitian yang sangat bermanfaat dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan disertasi ini. Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S, yang telah membantu dan bersedia menjadi Ko-Promotor, serta memberi dukungan, meluangkan waktu, mengarahkan dan memperluas wawasan keilmuan saya, memberi masukan yang sangat bermanfaat dalam penulisan disertasi ini. Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK, sebagai Ko-Promotor yang telah memberi semangat, pengetahuan dan masukan yang sangat bermanfaat dalam mengikuti program studi dan penulisan disertasi ini. Para penguji disertasi : Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS, Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K), Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK, Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K), Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K), Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM, yang telah memberi penilaian dan masukan demi kesempurnaan disertasi ini. Ketua Komisi Etik Penelitian Bidang Kesehatan FK USU, Prof. dr. Sutomo Kasiman, Sp.PD,Sp.JP(K) dan Prof. dr. M. Jusuf Hanafiah,


Sp.OG(K) yang telah memberi masukan dan menyetujui penelitian ini, serta

menerbitkan

Persetujuan

Komisi

Etik

tentang

Pelaksanaan

Penelitian Bidang Kesehatan. Para pemberi kuliah Program Studi Doktor (S-3): Prof. dr. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), Prof. dr. Harun Rasyid Lubis, Sp.PD-KGH, Alm Prof. dr. Iskandar Zulkarnain Lubis, Sp.A(K), Prof. dr. Rozaimah Hamid, Ph.D.MSc,Sp.FK, Dr. Ir Sumono MS, Dr. Drs. Sutarman, M.Si, Dr. Drs. Ridwan Siregar, M.Lib, dr. Adang Bachtiar, MPH, DSC, Dr. dr. Endang Sri Rostini Harjo Lukito, MS, Ph.D, Sp.PA(K), Dr. dr. Rosita Juwita Sembiring, Sp.PK(K), dan dr. Gino Tann, Ph.D, Sp.PK(K), saya ucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan dan diskusi selama saya mengikuti Program Studi S-3. Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Ketua Program Studi Magister Biologi dan Dr. dr Agus Turchan, Sp.BS Dosen Tetap Ilmu Bedah Saraf Universitas Airlangga/RSUD. dr. Soetomo Surabaya, yang telah memberikan dukungan dan motivasi terhadap penelitian dan disertasi ini. Wibi Riawan, SSi, Staf Animal Laboratorium Universitas Brawijaya Malang, yang telah membantu melaksanakan dan menyelesaikan penelitian ini dengan penuh rasa tanggung jawab serta tulus ikhlas. Mayjen TNI dr. Daniel Tjen, Sp.S, Mantan Direktur Kesehatan Angkatan Darat, Kolonel Ckm dr. Syafruddin Loebis, MMKes, Mantan Kakesdam Iskandar Muda, Kolonel Ckm dr. Sutan Bangun, SpB, Mantan


Dandenkesyah IM. 04.01 LSW, yang telah memberi izin dan keluangan waktu bagi saya untuk mengikuti Program Studi S-3 di FK USU. Dr. dr. Imam Budi Putra, MHA, Sp.KK. Kiky Lestari, SE, Petty Angelia H, SS, Dipa Hidayat, S.Kom, Muhammad Ridho di sekretariat Program Studi Doktor (S-3), para sejawat Peserta Program Studi Doktor (S-3) seangkatan, Dr. dr. Rustam Effendi YS, SpPD, Dr. dr. Fauzi Yusuf, Sp.PD-KGEH, Dr. dr. Henry Salim Siregar, SpOG, dr. Indra Zachreini, Sp.THT-KL, dr. Dadik Wahyu Wijaya, SpAn dan sejawat lainnya. Terima kasih yang tidak terhingga serta doa saya untuk orangtua tercinta, ayahanda Alm. H. Ibrahim Nasution dan ibunda Hj. Husniah Batubara,

yang

telah

melahirkan,

membesarkan,

mendidik,

serta

membimbing dan memberi teladan dalam bekerja keras, mendalami pendidikan

ilmu

pengetahuan

dan

agama

Islam,

mengutamakan

kejujuran, saling menyayangi sesama saudara dan umat, bertanggung jawab atas tugas yang diembankan, serta tabah dalam menjalani kehidupan. Terima kasih yang setinggi-tingginya saya ucapkan kepada bapak mertua Alm. H. Khaeroman Lase dan ibu mertua Hj. Rehatun Djani. Istri

tercinta dr. Lolina, yang telah mendampingi dengan penuh

kesabaran dan memberi semangat kepada saya, demikian juga ke tiga anak saya tercinta : M. Fahrulsyah Nasution, Sofia Khairunnisa Nasution, dan Hafshah Mutia Nasution, merupakan sumber motivasi saya dalam mengikuti program studi S-3, merupakan anak yang patuh kepada orang tua dan selalu memberi semangat kepada saya. Semoga menjadi anak


yang saleh dan saleha. Juga ucapan terima kasih kepada saudarasaudara saya Ir. H. Ahmad Syafri Nasution MMA, H. Muhammad Syafran Nasution, SE Ak, dan Mayor Ckm dr. Riza Anshori Nasution, SpBS. Semua pihak yang telah membantu, secara langsung atau tidak langsung yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu namanya, semoga Allah SWT, Tuhan Yang Mahakuasa memberikan balasan yang terbaik. Semoga disertasi ini dapat memberi sumbangan berharga bagi perkembangan Ilmu Kedokteran serta peningkatan pelayanan kedokteran kepada masyarakat, dan Allah SWT senantiasa memberi rahmat dan hidayah-Nya kepada kita semua, Amin Ya Robbal Alamin. Wassalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.

Medan,

Desember 2014

Peneliti

Khairul Ihsan Nasution


DAFTAR RIWAYAT HIDUP A. Identitas Pribadi 1. Nama

: dr. Khairul Ihsan Nasution, SpBS

2. Tempat.Tanggal lahir: Medan, 15 Juli 1971 3. Agama

: Islam

4. N R P

: 11950008620771

5. Pangkat/Golongan

: Letkol Ckm

6. Jabatan

: DANDENKESYAH IM.04.01 LSW

7. Pekerjaan

: TNI-AD

8. Alamat Rumah

: Pahlawan No. 52/77 Medan

9. Telp.Rumah/HP

: 061-5535030/081361080738

10. E-mail

: [email protected]

B. Riwayat Pendidikan 1. 1978 – 1983

: SD Nahdlatul Ulama Medan

2. 1983 – 1986

: SMP Negeri 15 Medan

3. 1986 – 1989

: SMA Negeri 10 Medan

4. 1989 – 1997

: Fakultas Kedokteran USU Medan

5. 2002 – 2007

: Bedah Saraf FK Airlangga Surabaya

6. 2010

: Pendidikan Doktor (S-3) Ilmu Kedokteran FK USU


C. Riwayat Pekerjaan 1. Dokter di Akademi Militer Magelang, 1997-2002. 2. Kasubdep Penyakit Dalam dan Jiwa RS Tk III IM Iskandar Muda, 2008-2009. 3. Kepala RS Tk IV IM.07.01 Lhokseumawe, 2010-2012. 4. Dandenkesyah IM.04.01 Lhokseumawe, 2013.

D. Riwayat Organisasi 1. Anggota IDI Cab Medan. 2. Anggota PERSPEBSI. 3. Anggota Komisi Trauma IKABI

E. Karya Tulis 1. Cedera Kepala pada Petinju, Media Bedah Saraf II (3) : 182-189, 2004. 2. Double Compartment Hydrocephalus. Muktamar PERSPEBSI III, Yogyakarta, Mei 2005. 3. Shaken Baby Syndrom. Report of 2 Cases. Presented in Annual Scientific Meeting of Indonesian Society of Neurological Surgeon (PIT PERSPEBSI) in Conjunction with The World Federation of Neurosurgiacal Societies (WFNS) Course, Bali International Convention Center, Nusa Dua, Bali, Indonesia, 21-22 November, 2006. 4. Radioterapi dan Radiosurgery pada Meningioma Pasca reseksi Subtotal. Media Bedah saraf I (3):173-184, 2003.


PERNYATAAN ORISINALITAS

Saya yang bertanda tangan di bawah ini, dengan ini menyatakan bahwa Hasil penelitian ini adalah hasil karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Medan,

Desember 2014

Nama : Khairul Ihsan Nasution NIM

: 108102020


RINGKASAN Cedera

kepala

merupakan

salah

satu

kondisi

yang

sangat

membahayakan bagi kehidupan manusia. Setiap tahun di Amerika Serikat hampir 1.500.000 kasus cedera kepala. Dari jumlah tersebut 80.000 di antaranya mengalami kecacatan dan 50.000 orang meninggal dunia. Saat ini di Amerika Serikat terdapat sekitar 5.300.000 orang dengan kecacatan akibat cedera kepala (Centres for Disease Control, 2002). Indonesia belum memiliki laporan yang pasti tentang angka kejadian cedera kepala. Namun, di Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo (RSCM) Jakarta, pada tahun 2005 dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 750 kasus dengan mortalitas sebanyak 23 kasus dan di Rumah Sakit Dr. Soetomo dilaporkan bahwa angka kejadian cedera kepala mencapai 1.578 pada tahun 2009 dan 1.402 pada tahun 2011 data Bagian Bedah Saraf FK Unair/Dr. Soetomo. Untuk mengatasi hal tersebut telah dilakukan berbagai upaya antara lain pemberian manitol, hiperventilasi dan cairan hipertonis. Upaya tersebut belum memberikan hasil yang optimal. Setelah terjadi cedera kepala primer, ditemukan berbagai rangkaian peristiwa kimia yang bertujuan untuk mempertahankan agar sel tetap hidup. Namun, dalam kenyataannya reaksi kimia tersebut sering berdampak buruk, yang dikenal sebagai cedera kepala sekunder. Cedera kepala sekunder tersebut ditandai dengan edema serebri (Kaal Evert, Charles, 2004).


Apabila edema serebri pada cedera kepala tidak ditangani dengan baik, akan mengakibatkan terjadinya peningkatan tekanan intrakranial (TIK) dan kemudian mengakibatkan iskemia pada sel otak sehingga memicu terjadinya kematian. Namun, terapi tersebut belum memberikan hasil

yang

optimal,

sehingga

untuk

mengatasi

edema

serebri

dikembangkan pemberian Melatonin. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) sel mikroglia, serta Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) dan Aquaporin-4 (AQP4) dari Sawar Darah Otak (SDO) setelah cedera kepala pada hewan coba (Kaal Evert, Charles, 2004). Penelitian ini merupakan penelitian true experimental karena randomisasi, kontrol, perlakuan, dan replikasi. Adapun rancangannya adalah post test only control group design.

P

Keterangan P

AR

K0

Po

O-0

K1

P1

O-1

K2

P2

2O2

: populasi

AR : alokasi random Ko

: kelompok hewan coba tanpa cedera kepala

K1

: kelompok hewan coba cedera kepala yang tidak diberi Melatonin

K2

: kelompok hewan coba cedera kepala yang diberi Melatonin


Po

: Perlakuan tidak ada

P1

: Perlakuan cedera kepala tanpa diberi Melatonin

P2

: Perlakuan cedera kepala diberi Melatonin

Oo

: Observasi kelompok tanpa cedera

O1

: Observasi kelompok cedera kepala tanpa Melatonin

O2

: Observasi kelompok cedera kepala diberi Melatonin Variabel bebas dalam penelitian ini adalah kondisi edema serebri

pada hewan coba, dan Melatonin. Variabel kendali dalam penelitian ini adalah jenis hewan coba, jenis kelamin, umur, berat badan, model cedera kepala, obat perlakuan, dosis obat perlakuan, teknik pengambilan dan pemeriksaan sampel. Variable tergantung dalam penelitian ini adalah hasil ekspresi MDA, MPO, VEGF dan AQP4, yang diperiksa secara Imunohistokimia. Hasil penelitian ini menunjukkan penurunan yang signifikan jumlah sel-sel mikrogilia yang mengekspresikan MDA. Pada cedera kepala terjadi peningkatan stress oksidatif. Stres oksidatif merupakan kelanjutan dari peningkatan Reactive Oxygen Species (ROS) berupa hidrogenperoksida, anion superoksida, dan radikal bebas lainnya yang tidak diimbangi dengan pertahanan antioksidan. ROS adalah substrat normal metabolisme aerobik yang berasal dari reduksi oksigen dan penting untuk sistem sinyal intraseluler pada kondisi fisiologis. Melatonin serta metabolitnya, efisien dalam detoksifikasi spesies oksigen reaktif (ROS), juga membuktikan


bahwa penurunan MDA tidak hanya terjadi pada sel-sel mikroglia, tetapi juga pada jaringan otak, terutama di sekitar area induksi cedera kepala. Penurunan yang bermakna juga terhadap ekspresi MPO sel-sel mikroglia jaringan otak paparan cedera kepala yang mendapatkan Melatonin. Ini membuktikan bahwa Melatonin dapat beraksi langsung terhadap MPO sehingga menurunkan jumlah sel-sel mikroglia yang mengekspresikan MPO secara signifikan. Di samping penghambatan MPO, Melatonin juga dapat mengurangi aktivitas MPO di pembuluh darah dengan 2 mekanisme. Pertama, Melatonin adalah scavanger yang poten terhadap ROS dan dapat membatasi produksi hidrogen peroksida yang merupakan kosubstrat dari MPO. Kedua, sifat anti-inflamasi Melatonin dapat mengurangi infiltrasi dinding pembuluh darah oleh MPO yang disekresi oleh sel-sel imunokompeten.


SUMMARY The brain injury is one of the dangerous condition for human life. Every year in United States of America, there are almost 1.500.000 brain injury cases. From those cases 80-000 among others have disabilities and 50.000 people died. Currently in United States, about 5.300.000 people living with disabilities due to brain injury (Centres for Disease Control, 2002). Indonesia hasn't any exactly report about the number of brain injury. But, in the Cipto Mangunkusumo General Hospital (RSCM) in Jakarta, in 2005 reported that the number of brain injury cases reach 750 cases with mortality about 23 cases and Dr. Soetomo General Hospital in Surabaya reports that the number of brain injury cases is reach 1.578 cases in 2009 and 1.402 cases in 2011 based on data from department of neurosurgery FK Unair/Dr. Soetomo. To cure those cases, many efforts are done like giving mannitol, hyperventilation and hypertonic liquid. Those efforts aren't give the optimum result yet. After primary head injury occurs, there are several chain of chemical occurances for that have purpose to keep still the cell alive. However, in the reality, the chemical reactions is often gives bad impact which is known as secondary head injury. The secondary head injury marked by cerebral edema. If cerebral edema in head injury isn't handled well, it will affect to the increasing of intracranial preassure (ICP) and then affects ischemia in brain cell thus triggers the cells death. Nevertheless, the therapy hasn't


give the optimum result, therefore to cure cerebral edema, giving Melatonin is developed. The purpose of this research was to know the use of Melatonin in expression of Malondialdehyde (MDA) and Myeloperoxidase (MPO) microglia cell, as well as Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and Aquaporin-4 (AQP4) from blood brain barier (BBB) after head injury occurs in experimental animal. This research was a true experimental research because it used randomization, control, treatment, and replication. Eventhough the research design was a post test control group design.

P

AR

K0

P0

0-0

K1

P1

0-1

K2

P2

0-2

Note: P

: population

AR : random allocation Ko

: group of experimental animal without head injury

K1

: group of experimental animal with head injury weren't given Melatonin

K2

: group of experimental animal with the head injury were given Melatonin

P0

: Trial of experimental animal without head injury


P1

: Trial of experimental animal with head injury weren't given Melatonin

P2

: Trial of experimental animal with the head injury were given Melatonin

O0

: Observation of experimental animal without head injury

O1

: Observation of experimental animal with head injury weren't given Melatonin

O2

: Observation of experimental animal with the head injury were given Melatonin Free variables in this research was a condition of cerebral edema in

experimental animal, and Melatonin. Control variables in this research were kind of experimental animal, sex, age, body mass, model of brain injury, kind of drug treatments, the dosage of drug treatments, sampling and diagnose techniques. And the defend variables the result of expression of MDA, MPO, VEGF and AQP4. Result of this study showed the significant reduction inhibitor of microglia cells which expresses MDA. In the head injury occurs increasing of oxidative stress. Oxidative stress is the continuation of Reactive Oxygen Species (ROS) increasing like hydrogen peroxidant, anion superoxidant, and another free radical which isn't balanced by antioxidant defense. ROS is a normal substract of aerobic metabolism which comes from oxygen reduction and its important for intracellular in fisiologis condition. Melatonin as well as its metabolics, efficient in detoxification ROS, as well as proving


that MDA reduction doesn't only occur in microglia cells, but also in brain tissue, especially around induction of head injury area. Significant reduction also to the MPO exspression of microglia cells in brain cells tissue exposure to head injury that received Melatonin. It proves that Melatonin can direcly reacted with MPO, as the result it decreased the amount of microglia cells that expressed MPO significantly. Beside inhibition of MPO, Melatonin also can reduce MPO activity in blood vessels with 2 mechanism. First, Melatonin is a potently scavenger of hydrogen peroxide which is cosubstract from MPO, Second, antiinflamation character of Melatonin can reduce infiltration of the blood vessel wall by MPO which is secreted by immunocompetent cells.


Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus pascacedera Kepala ABSTRAK Latar Belakang: Cedera kepala merupakan salah satu kondisi yang sangat membahayakan kehidupan manusia. Penelitian ini mengkaji penggunaan Melatonin dalam mereduksi oksidan dan hambatan pembentukan edema serebri pada model cedera kepala. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuktikan apakah terdapat peran perbaikan Melatonin terhadap berbagai parameter terkait ekspresi MDA, MPO, VEGF dan AQP-4, serta gambaran histologis pada tikus model cedera kepala. Metode Penelitian: Penelitian ini merupakan penelitian true experimental dengan randomisasi, kontrol-perlakuan, dan replikasi. Adapun rancangannya adalah post test only control group design yaitu menggunakan hewan coba Rattus novergicus strain Sprague Dawley dengan kriteria jenis kelamin jantan, umur 10-12 minggu, dan berat badan 200-300 gram. Penelitian ini menggunakan model cedera kepala menurut Marmarou (1994). Semua parameter terkait diamati secara hitologis menggunakan pemulasan rutin HE dan pemulasan imunohistokimia, menggunakan antibodi spesifik terhadap protein masing-masing, MDA, MPO, VEGF dan AQP-4. Pemeriksaan dan perhitungan secara imunohistokimia. Hasil Penelitian: Pada penelitian ini didapatkan hasil pengamatan histologis yang meliputi jumlah sel-sel imunokompeten serta diameter pembuluh darah arteri. Dari hasil histologis didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan diameter pembuluh darah arteri jaringan cedera otak dengan paparan Melatonin. Pada pemulasan imunohistokimia, didapatkan hasil bahwa terdapat penurunan yang signifikan jumlah ekspresi MDA dan MPO sel-sel mikroglia jaringan otak cedera dengan paparan Melatonin. Demikian juga pada ekspresi VEGF dan AQP-4 SDO jaringan otak cedera menunjukkan penurunan yang signifikan setelah mendapatkan Melatonin. Antara ekspresi VEGF dengan AQP-4 terdapat korelasi positip. Simpulan: Melatonin dapat menurunkan produksi MDA dan MPO. VEGF terlibat dalam regulasi AQP4 pada kejadian cedera kepala. Penurunan VEGF dapat dikaitkan dengan hambatan Melatonin terhadap kemampuannya untuk mengganggu aktivitas transkripsi VEGF. Secara signifikan dapat dinyatakan penurunan ekspresi VEGF berkorelasi positif terhadap penurunan ekspresi AQP-4. Kata Kunci: Cedera Kepala, MPO, VEGF, AQP4, MDA, SDO, Mikroglia, Melatonin.


Role of Melatonin in The Expression of MDA, MPO on Microglia Cells and AQP4 and VEGF in Blood Brain Barrier of Rat after Head Injury Abstract Background: The brain injury is one of the conditions that are very harmful to human life. This study will examine the use of Melatonin in reducing oxidant status and barriers to the formation of cerebral edema in a model of brain injury. The purpose of this study is to prove the role of Melatonin on the expression of MDA, MPO, VEGF and AQP-4 and histological injury in a rat model of the head injury. Methods: This study was a true experimental study with randomization. This study uses a post-test only control group design, using experimental animals Sprague Dawley strain Rattus novergicus, male, aged 10 -12 weeks, and weight of 300 grams. Model of brain injury according to Marmarou (1994). All parameters were observed histologically using hematoxilen-eosin staining and immunohistochemistry, using antibodies specific to each protein, MDA, MPO, VEGF and AQP-4. Observation and calculation of the results of immunohistochemical studies. Results: In this study, histological observation number of immunocompetent cells and the diameter of the arteries. From the histological results showed that there is a significant reduction in the diameter of the arterial blood vessels of the brain injury tissue. In the immunohistochemical results, showed that there is a significant reduction of MDA and MPO expression amount of cells microglia brain injury tissue . Similarly, the expression of VEGF and AQP-4 BBB of rat brain injury tissue showed a significant reduction inhibitor after getting Melatonin. And by analyzing the relationship between the expression of VEGF by AQP-4 appears there is a positive correlation. Conclusion: Melatonin is a potent scavanger hydrogen peroxide, which is a co-substrate of MPO, thereby reducing the production of MPO. VEGF is involved in the regulation of AQP4 in the incidence of head trauma. Reported that VEGF is co-localization with AQP4 at the Blood Brain Barier disruption. Decreased expression of VEGF by Melatonin, often associated with its ability to interfere with VEGF transcriptional. Significantly decreased expression of VEGF can be expressed positively correlated to decreased expression of AQP-4. Keyword: Brain Injury, MPO, VEGF, AQP4, MDA, BBB, Microglia, Melatonin.


KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala atas rahmat, karunia serta izin-Nya, penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul “Peran Melatonin pada Ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan Myeloperoksidase (MPO) Sel Mikroglia serta Aquaporin-4 (AQP4) dan Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) Sawar Darah Otak Tikus Pascacedera Kepala”. Tidak lupa shalawat dan salam penulis sampaikan kepada junjungan Nabi Muhammad SAW yang telah membawa kita ke alam yang penuh dengan ilmu pengetahuan. Penelitian dan penulisan disertasi ini tidak terlepas dari bimbingan dan masukan dari promotor : Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp.BS, KoPromotor : Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S dan Prof. dr. Aznan Lelo, PhD, Sp.FK. di samping itu masukan dari para penguji yaitu Prof. Dr. dr. A. Hafid Bajamal, Sp. BS, Prof. Dr. dr. Hasan Sjahrir, Sp.S(K), Prof. dr. Aznan Lelo, Ph.D, Sp.FK, Prof. Dr. dr. Iskandar Japardi, Sp. BS(K), Prof. Dr. Syafruddin Ilyas, M. Biomed, Prof. Dr. dr. Sri Maliawan, Sp.BS(K), Dr. Ir. Erna Mutiara, MKM, serta semua pihak yang telah membantu untuk penelitian dan penulisan disertasi ini. Penulis menyadari bahwa disertasi ini jauh dari kesempurnaan, untuk itu, penulis mengharapkan saran dan masukan agar disertasi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin ya robbal’alamin.

Medan, Desember 2014 Penulis


DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DEPAN .............................................................................. i LEMBAR PRASYARAT GELAR ....................................................... ii LEMBAR PROMOTOR DAN CO-PROMOTOR ................................ iii LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................ iv PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI AKADEMIS .............. v LEMBAR PENGUJI ........................................................................... vi UCAPAN TERIMA KASIH ................................................................. viii DAFTAR RIWAYAT HIDUP .............................................................. xiii HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ..................................... xv RINGKASAN ..................................................................................... xvi SUMMARY ........................................................................................ xx ABSTRAK ......................................................................................... xxiv ABSTRACT ....................................................................................... xxv KATA PENGANTAR ......................................................................... xxvi DAFTAR ISI ....................................................................................... xxvii DAFTAR TABEL ............................................................................... xxix DAFTAR GAMBAR ........................................................................... xxx DAFTAR SINGKATAN ...................................................................... xxxii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................ xxxiv BAB I

PEDAHULUAN ................................................................... 1.1 Latar Belakang Masalah ............................................. 1.2 Rumusan Masalah ...................................................... 1.3 Tujuan Umum ............................................................. 1.4 Tujuan Khusus ............................................................ 1.5 Manfaat Penelitian ...................................................... 1.5.1 Manfaat Akademis ........................................... 1.5.2 Manfaat Klinis................................................... 1.5.3 Manfaat Masyarakat Luas ................................

1 1 5 6 6 6 6 7 7

BAB II

TIJAUAN PUSTAKA .......................................................... 2.1 Cedera Kepala ............................................................ 2.1.1 Edema Serebri ................................................. 2.1.2 Sel Mikroglia..................................................... 2.1.3 Malondialdehyde .............................................. 2.1.3.1 Malondialdehyde (MDA) sebagai produk hasil Stres Oksidatif ................. 2.1.4 Reactive Oxygen Species dan respon inflamasi ........................................................... 2.1.5 Sawar Darah Otak............................................ 2.1.6 Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) .... 2.1.7 Aquaporin-4......................................................

8 8 9 19 20 22 25 31 32 36


2.2. Melatonin .................................................................... 2.2.1 Metabolisme dan Biosintesis Melatonin ........... 2.2.2 Regulasi Melatonin........................................... 2.2.3 Fungsi Melatonin .............................................. 2.2.4 Kebutuhan Melatonin ....................................... 2.2.5 Bioavailabilitas Melatonin ................................. 2.2.6 Peran Melatonin pada penurunan Edema Serebri.............................................................. 2.3 Kerangka Teori ........................................................... 2.4 Hipotesis Penelitian .................................................... 2.5 Kerangka Konseptual .................................................

41 41 43 44 47 48

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................... 3.1 Desain Penelitian ........................................................ 3.2 Populasi dan sampel .................................................. 3.2.1 Populasi ........................................................... 3.2.2 Sampel ............................................................. 3.2.3 Perkiraan Besar Sampel .................................. 3.2.4 Cara Kerja dan Alur Penelitian ......................... 3.2.5 Kerangka Operasional ..................................... 3.2.6 Identifikasi Variabel .......................................... 3.2.7 Definisi Operasional Penelitian ........................ 3.3 Etika Penelitian ........................................................... 3.4 Lokasi dan Waktu Penelitian ......................................

60 60 61 61 61 61 62 70 71 71 73 73

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ....................................................... 4.1 Karakteristik Subjek Penelitian ................................... 4.2 Pemberian Melatonin terhadap Gambaran Histologis Jaringan Otak Pascacedera Kepala ........... 4.3 Distribusi Sel Mikroglia jaringan otak Model Cedera Kepala dengan Paparan Melatonin............................. 4.4 Studi Imunohistokimia AQP-4 dan VEGF Sawar Darah Otak ................................................................. 4.5 Status Oksidan MDA dan MPO Jaringan Otak ...........

74 74

BAB V

88

PEMBAHASAN .................................................................. 5.1 Melatonin Menghambat Pembentukan MDA Sel Mikroglia ..................................................................... 5.2 Melatonin Menghambat Pembentukan MPO Sel Mikroglia ..................................................................... 5.3 Melatonin Menghambat Pembentukan AQP Sawar Darah Otak ................................................................. 5.4 Melatonin Menghambat Pembentukan VEGF dan Hubungannya dengan AQP SDO ...............................

49 56 58 59

75 77 79 82

90 92 93 95


BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ................................................... 6.1 Simpulan ..................................................................... 6.2 Saran .........................................................................

98 98 99

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

100


DAFTAR TABEL No 2.1 4.1 4.2

Tabel

Halaman

Jenis Sitokin berdasarkan aktivitas Biologi ......................... Hasil dan analisa data Berat Badan Tikus .......................... Rerata Uji Anova kadar MDA jaringan Otak ........................

29 74 83


DAFTAR GAMBAR No.

Gambar

Halaman

2.1

Ilustrasi keadaan Sel.......................................................

11

2.2

Pelepasan MPO oleh Sel-Sel Imunokompeten pada sistem SDO ( Sawar Darah Otak) ...................................

14

Sumber eksogen dan endogen Radikal Bebas (Young and Woodside) ................................................................

23

2.4

Fif1 adalah regulator utama Homeostasis Oksigen ........

35

2.5

Mekanisme VEGF dalam memediasi Edema Vasogenik .......................................................................

36

Struktur Organisasi dari AQP4 dalam membantu Astrosit ............................................................................

38

2.7

Struktur Melatonin ...........................................................

41

2.8

Metabolisme dan biosintesis Melatonin ..........................

43

2.9

Skema mekanisme aksi dari Melatonin ...........................

47

2.10

Singnaling Melatonin pada Sel melalui aktivasi Gpcr dan Reseptor Inti.............................................................

50

2.11

Skematik tahapan Cedera Kepala secara molekuler ......

55

3.1

Skematik alat Cedera Kepala .........................................

62

4.1

Gambaran histologis pembentukan Edema Serebri Pascacedera Kepala ......................................................

75

Gambaran histologis distribusi Sel-Sel Imunokompeten Pascacedera Kepala ............................

76

Gambaran histologis diameter pembuluh darah jaringan otak Pascacedera kepala ..................................

76

Gambar histogram diameter pembuluh darah Jaringan Otak ................................................................................

77

2.3

2.6

4.2

4.3

4.4


4.5

Gambaran imunohistokimia Sel Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ....................................................... Gambar histogram jumlah Sel Mikroglia jaringan otak ....

78 78

Gambaran imunohistokimia ekspresi AQP-4 Sawar Darah jaringan otak pascacedera kepala .......................

79

4.8

Gambar histogram ekspresi AQP-4 Sawar Darah Otak ..

80

4.9

Gambaran imunohistokimia ekspresi VEGF Sawar Darah Otak Pascacedera kepala ....................................

81

4.10

Gambar histogram ekspresi VEGF Sawar Darah Otak ...

81

4.11

Gambar korelasi VEGF terhadap AQP-4 Sawar Darah jaringan Otak...................................................................

82

Gambar histogram rerata kadar MDA (µmol/L) jaringan otak ...................................................................

83

Gambaran imunohistokimia ekspresi MDA Sel Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ..................

84

Gambar histogram rerata ekspresi MDA pada Sel Mikroglia jaringan otak ....................................................

85

Gambaran imunohistokimia ekspresi MPO Sel Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala .................

86

Gambar histogram rerata ekspresi MPO Sel Mikroglia jaringan otak ...................................................................

87

4.6 4.7

4.12

4.13

4.14

4.15

4.16


DAFTAR SINGKATAN AQP-4 AQP ADO ADP ATP ACTH AGE ALE AP -1 APACHE BBB B1 B2 CGRP CAM CK CSF GCS DNA DNA M1G GPx HE HNE HPA HIOMT IL-1 IL-6 IL-8 LDL LPS MPO MMP MDA MCA NADPH NCF NO NAS NF kB OAP PARP PFA PUFA RFA

: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :

Aquaporin-4 Aquaporin Aliran Darah Otak Adenesin Diphosfat Adenosin Triphosfat Adrenocoticotropin Hormone Advance Glicostatin End-product Advance Lipoxidation End-product Apoptocyc – 1 Acute Physiology and Chronic Health Evaluation Blood Brain Barier Bradikinin – 1 Bradikinin – 2 Calcitonin Gene-Related Peptide Cell Adhesion Molecules Cedera Kepala Cerebrospinal Fluid Glasgow Coma Scale Deoxyribo Nucleic Acid Deoxyribo Nucleic Acid Malondialdehide 1 Group Glutathion peroksidase Haematoxylin Eosin Hydroxynorenal Hipotalamus Pituitari Adrenal Hidroksindole-O-Metil Transferase Interleukin-1 Interleukin-6 Interleukin-8 Low Density Lipid Lipopolisakarida Myeloperoxidase Matrix Metalloproteinase Malondialdehyde Middle Cerebral Artery Nicotinamide Adenine dinucleotida phosphate Neutrofil Chemotactic Factor Nitric Oxide N-Asetilserotonin Nuclear Factor kappa Beta Orthogonal Array Particle Poli ADP Ribose Polimerase Protein Fase Akut Polyunsaturated Fatty Acid Respon Fase Akut


ROS SAM SDO SDR SH SLE SOD SSP SNAT SAM TBAR TIK TGF β TPS TNF α TRPH VCAM VEGF VIP

: : : : : : : : : : : : : : : : : : :

Reactive Oxygen Species S-adenosil-metionin Sawar Darah Otak Sawar Darah Retina Sulfhydryl Sistema Lupus Erytematous Superoksid Dismutase Susunan Saraf Pusat Serotonin N-Acetil-Tranferase S-Asetilserotonin-Metionin Thribarbituric Acid Reactive Substance Tekanan Intra Kranial Tumor Growth Factor β Tekanan Perfusi Serebral Tumor Necrosis Factor α Triptofan Hidroksilase Vascular Cell Adhesion Molecule Vascular Endhotelial Growth Factor Vasoactive Intestinal Peptide


DAFTAR LAMPIRAN No. 1. 2. 3. 4. 5.

Lampiran Rekapitulasi hasil pemeriksaan histopatologis dan Immunohistokimia Surat persetujuan komite etik tentang pelaksanaan penelitian bidang kesehatan Fakultas Kedokteran USU Surat izin melakukan penelitian Surat persetujuan penelitian Surat keterangan selesai penelitian


DISERTASI KHAIRUL IHSAN NASUTION NIM:

Recommend Documents