The Effect of Red Ginger Ethanol Extract (Zingiber officinale Roxb var Rubrum) to Airway Goblet Cells Count And Cilliary Lenght on Cigarette Smoke-Induced White Male Rats Sprague dawley Strains Sutyarso, Susantiningsih T, Suharto YAP Faculty Medicine of Lampung University Abstract Background : This study’s purpose is to see the effect of red ginger ethanol extract
to airway goblet cells count and cilliary length on cigarette smoke-induced white male rats Sprague dawley strains. Methods : 25 rats randomized into 5 groups. K1 only given standart diet; K2 exposed by cigarette smoke 4 bars/daily; K3, K4, and K5 exposed by cigarette smoke 4 bars/daily and administration of red ginger extract 200, 400, and 600 mg/kg Body Weight (BW) by oral in 21 days. Result : The average of
goblet cells count in groups I, II, III, IV and V respectively were 16; 32,8; 26,6; 23,2; 21. And for cilliary length were 10,6; 3,17; 7,41; 9,37; 9,71 (µm). Analysis with one-way ANOVA showed a significant differences (p = 0,000) Conclution : Ethanolic extract of red ginger with doses 200, 400, and 600 mg/kg BW can decreased airway goblet cells count and increased cilliary length of cigarette smoke-induced white male rats Sprague Dawley strains. Keywords : Cigarette smoke, Cilliary, Goblet cell, Red ginger
Pengaruh Pemberian Ekstrak Etanol Jahe Merah (Zingiber officinale Roxb var Rubrum) Terhadap Jumlah Sel Goblet dan Tinggi Silia Saluran Pernapasan Tikus Putih (Rattus norvegicus) Jantan Strain Sprague dawley yang dipapar Asap Rokok Abstrak Latar Belakang : Penelitian ini bertujuan untuk melihat apakah ekstrak etanol jahe merah dapat mengurangi jumlah sel goblet dan meningkatkan tinggi silia saluran pernapasan tikus putih jantan strain Spague dawley yang dipapar asap rokok. Metode : 25 ekor tikus dibagi secara acak menjadi 5 kelompok. K1 diberi pakan standar; K2 diberi paparan asap 4 batang rokok/hari; K3, K4, dan K5 diberi asap 4 batang rokok/hari dan ekstrak jahe merah 200, 400, dan 600 mg/kgBB selama 21 hari. Hasil : Rerata jumlah sel goblet K1, K2, K3, K4, dan K5 adalah 16;32,8;26,6;23,2;21. Rerata tinggi silia adalah 10,6;3,17;7,41;9,37;9,71 (µm). Analisis dengan one-way ANOVA menunjukkan adanya perbedaan bermakna (p = 0,000). Simpulan : Ekstrak etanol jahe merah 200, 400 dan 600 mg/kgBB dapat menurunkan jumlah sel goblet dan meningkatkan tinggi silia saluran pernapasan tikus putih yang dipapar asap rokok. Kata kunci : Asap rokok, Jahe merah, Sel goblet, Silia
ISSN 2337-3776
Pendahuluan Penggunaan rokok dewasa ini semakin hari semakin mengkhawatirkan dan bahkan penggunaan rokok tidak lagi oleh orang dewasa, namun sudah menyentuh remaja berusia diatas lima belas tahun. Hal ini dibuktikan oleh data Departemen Kesehatan Republik Indonesia yang menyebutkan bahwa persentase populasi yang berumur diatas lima belas tahun yang merokok sebesar 34,7% (Anonim, 2011). Kandungan kimia yang terkandung dalam asap rokok terdapat 4.800 macam komponen (Tirtosatro, 2010). Salah satu kandungan rokok yang berbahaya adalah ROS (Reactive oxygen species) yang merupakan unsur kimia dengan atom oksigen yang sangat reaktif di udara dan dapat menyebabkan masalah pernapasan (Zhao, 2012). Salah satu penyakit utama yang ditimbulkan oleh rokok adalah Penyakit Paru Obstruksi kronik. Diperkirakan pada tahun 2020 bahwa penyakit ini akan menjadi penyakit penyebab kematian nomor tiga terbesar di dunia (Anonim, 2006). Salah satu manifestasi penyakit PPOK adalah overproduksi sputum. Overproduksi sputum ini yang mendahului terjadinya hambatan aliran udara pada penderita PPOK (Anonim, 2005). Penyakit Pada perokok, proporsi sel bersilia terhadap sel goblet berubah, yang sebenarnya diperlukan untuk membantu membersihkan peningkatan partikel polutan dan gas (Junqueira, 2007). Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Gultom pada tahun 2011 yang pada penelitiannya memperlihatkan bahwa terdapat penambahan jumlah sel goblet pada saluran pernapasan tikus putih jantan strain Sprague Dawley yang dipapar asap rokok selama 21 hari. Selain itu pada perokok juga didapatkan pengurangan tinggi silia pada saluran pernapasan (Leopold dkk., 2007). Stres oksidatif yang terjadi akibat radikal bebas yang terkandung dalam rokok ini akan memicu terjadinya inflamasi pada saluran pernapasan (Anonim, 2006). Komponen kimia jahe, seperti gingerol, shogaol dan zingerone memberi efek farmakologi dan fisiologi seperti antioksidan, antiimflammasi, analgesik, dan antikarsinogenik (Manju & Nalini, 2005).
182
ISSN 2337-3776
Efek antiinflamasi jahe merah ini telah dibuktikan pada penelitian yang dilakukan oleh Fouda pada tahun 2009. Pada penelitiannya didapatkan hasil bahwa pada tikus yang mendapatkan asupan ekstrak Zingiber officinale sebanyak 200mg/kgBB/hari kadar serum sitokin IL-1β, IL-2, IL-6, dan TNF-α mengalami penurunan (Fouda & Berika, 2009).
Metode Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental murni dengan metode acak terkontrol menggunakan 25 ekor tikus putih jantan strain Sprague Dawley berumur 4-6 bulan yang dipilih secara random yang dibagi menjadi 5 kelompok, dengan pengulangan sebanyak 5 kali. K1 sebagai kontrol normal, dimana hanya akan diberi aquades. K2 sebagai kontrol negatif, dimana dipaparkan rokok 4 batang/hari. K3 adalah kelompok perlakuan coba dengan pemberian ekstrak etanol jahe merah dosis 200 mg/kgBB, K4: 400 mg/kgBB, dan K5: 600 mg/kgBB, kemudian dipaparkan asap rokok 4 batang/hari. Perlakuan dilakukan selama 21 hari. Pemaparan asap rokok dilakukan dengan cara membakar 1 batang rokok kretek setiap 15 menit dan memaparkannya ke dalam smoking chamber (kelompok II, III, IV, dan V). Setelah satu jam, paparan dihentikan dan asap dikeluarkan dari kandang menggunakan pompa. Pemaparan dilanjutkan hingga 4 batang rokok habis. Setelah 21 hari, lima tikus jantan dari tiap kelompok dinarkosis dengan eter. Sampel saluran pernapasan didapatkan dengan mengambil trakea dan dibuat preparat dengan pewarnaan hematoksilin eosin (HE). Kemudian dilakukan pengamatan dengan menggunakan mikroskop cahaya dengan pembesaran 400x dan setiap slide diamati dalam 5 bidang pandang untuk setiap irisan, kemudian diamati dan dihitung jumlah sel gobletnya. Sedangkan untuk perhitungan tinggi silia dilakukan dengan menggunakan bantuan software Olympus Stream Start. Pada penelitian ini akan diukur tinggi silia pada 4 posisi (vertikal atas, vertikal bawah, horizontal kanan dan horizontal kiri) kemudian hasil dari keempat posisi ini akan dirata-ratakan dan didapatkan rerata tinggi dari silia
183
ISSN 2337-3776
Hasil Hasil penelitian menunjukkan bahwa pemberian ekstrak etanol jahe merah mempunyai pengaruh yang bermakna secara statistik pada jumlah sel goblet dan tinggi silia saluran pernapasan tikus yang dipapar asap rokok. Adapun grafik hasil analisis perhitungan jumlah sel goblet dan tinggi silia saluran pernapasan seperti yang disajikan di bawah ini:
12
10,61
10
9,37
9,71
IV
V
7,41
8 6 3,17
4 2 0 I
II
III
Gambar 1. Grafik Hasil Pengukuran Tinggi Silia (µm)
32,8
35
26,6
30
23,2
25 20
21
16
15 10 5 0 I
II
III
IV
V
Gambar 2. Grafik Hasil Perhitungan Jumlah Sel Goblet
184
ISSN 2337-3776
Untuk uji statistik dilakukan uji normalitas Shapiro-Wilk dan uji homogenitas Levene. Dari kedua uji tersebut didapatkan bahwa distribusi semua data normal dan homogen (p>0,05). Kemudian dilanjutkan dengan uji one-way ANOVA dan didapatkan bahwa paling tidak ada dua kelompok yang memiliki perbedaan yang bermakna (p=0,000). Untuk mengetahui kelompok mana saja yang memiliki perbedaan bermakna maka dilanjutkan dengan Uji Post Hoc LSD dengan hasil sebagai berikut:
Tabel 1. Hasil uji Post Hoc LSD tinggi silia Kelompok Uji
K1
K2
K3
K4
**
K2
16,800
K3
10,600**
6,200**
K4
7,200**
9,600**
3,400**
11,800**
5,600**
2,200*
K3
K4
K5
5,000** Keterangan: * = p<0,05; ** = p< 0,01
Tabel 2. Hasil uji Post Hoc LSD jumlah sel goblet Kelompok Uji
K1
K2
K2
7,446**
K3
3,200**
4,246**
K4
1,244**
6,202**
1,956**
K5
0,906*
6,540**
2,294**
0,338
Keterangan: * = p<0,05; ** = p< 0,01
Pembahasan Penambahan jumlah sel goblet akibat dari asap rokok ini telah dibuktikan sebelumnya oleh Gultom pada tahun 2011. pada penelitiannya memperlihatkan bahwa terdapat penambahan jumlah sel goblet pada saluran pernapasan tikus putih jantan strain Sprague Dawley yang dipapar asap rokok selama 21 hari (Gultom, 2011).
185
ISSN 2337-3776
Kandungan kimia asap rokok yang sudah teridentifikasi jumlahnya mencapai 4.800 komponen (Tirtosatro & Murdiyati, 2010). Kandungan radikal bebas yang terkandung dalam asap rokok yang jumlahnya sangat banyak tersebut akan menyebabkan ketidakseimbangan antara jumlah oksidan atau radikal bebas di dalam tubuh dengan jumlah antibodi yang tersedia di dalam tubuh. keadaan yang tidak seimbang ini adalah keadaan yang dinamakan stres oksidatif. Stres oksidatif yang terjadi pada saluran pernapasan ini akan memicu terjadinya inflamasi pada daerah tersebut (Anonim, 2006). Inflamasi yang terjadi disebabkan oleh peroksidasi lipid yang dipicu oleh stres oksidatif memproduksi 8-isoprostane yang berfungsi sebagai sinyal untuk pengeluaran mediator sel radang yaitu IL-8 (Scholz dkk., 2003). Seperti yang kita tahu bahwa IL-8 merupakan neutrophil chemotactic factor yang menginduksi kemotaksis pada sel target terutama neutrofil. Selain pengeluaran dari IL-8, stres oksidatif juga memicu dari pengaktifan nuclear factor (NF)-kB (MacNee & Rahman, 2001). Hal ini sudah dibuktikan hewan coba yang dipapar asap rokok, bahwa terdapat peningkatan IL-8 dan pengeluaran protein akibat pengaktifan NFkB (Nishikawa dkk., 1999). NF-kB merupakan faktor transkripsi yang mengontrol sejumlah gen penting dalam proses imunitas dan inflamasi diantaranya adalah GM-CSF, IL-6, IL-2 dan TNF-alfa. Seperti yang kita ketahui bahwa TNF-alfa merupakan sitokin proinflamasi yang mempunyai efek yaitu agregasi dan aktivasi neutrofil dan dapat mengaktivasi endotel dengan cara meningkatkan pengeluaran molekul adhesi yang berguna pada saat sekuestrasi sel radang pada sel target (Robbin dkk., 2007). Akibat dari pengeluaran mediator-mediator sel radang yang memicu pengaktifan dan agregasi neutrofil, terjadilah transmigrasi neutrofil dari kapiler menuju jaringan. Lalu neutrofil tersebut akan membentuk Transforming Growth Factor-α (TGF-α) lalu akan mengaktivasi Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) (Murray, 2010). Reseptor ini terlibat dalam berbagai macam proses biologis termasuk diantaranya proliferasi dan diferensiasi sel (Liu dkk.,1999). Aktivasi EGFR akan mencegah apoptosis sel bersilia dan mengirim sinyal pada IL-13 untuk mendiferensiasi sel-sel bersilia menjadi sel goblet (Tyner dkk., 2006).
186
ISSN 2337-3776
Selain itu, aktivasi dari EGFR akan menginduksi gen MUC5AC yang menyebabkan sintesis mukus dan hiperplasi sel goblet pada tikus invivo (Takeyama dkk., 2001). Selain bertambahnya jumlah sel goblet, kerusakan atau inflamasi yang diakibatkan oleh kandungan radikal bebas dalam rokok tersebut juga dapat mempengaruhi tinggi dari silia pada epitel pernapasan (Leopold dkk., 2007). Pada proses inflamasi tersebut dikeluarkanlah faktor-faktor proinflamasi yang dapat mempengaruhi proses dari pembentukan dan regenerasi dari silia yang dikenal dengan ciliogenesis (Wong dkk., 2005). Gangguan yang terus-menerus terjadi pada epitel tersebut akan berakibat dari hilangnya silia (Grzela dkk., 2013). Mekanisme ini diduga terjadi dengan cara menonaktifkan 6 cilia-related genes. Gen tersebut adalah dynein, ezrin, dan ODF2 yang dikenal juga dengan cenexin. Dynein berguna untuk pergerakan silia sedangkan ezrin dan ODF2 berguna pada pertumbuhan badan basal dari silia (Leopold dkk., 2009). Jahe memiliki berbagai macam komponen kimia, seperti gingerol, shogaol dan zingerone. Kandungan yang dimiliki oleh jahe merah tersebut dipercaya memiliki berbagai macam efek farmakologi dan fisiologi seperti antioksidan, antiimflammasi, analgesik, antikarsinogenik, non-toksik dan non-mutagenik meskipun pada konsentrasi tinggi (Manju & Nalini 2005). Gingerol yang terkandung di dalam jahe merah memberikan efek antiinflamasi dengan cara menghambat pengeluaran dari mediator-mediator sel radang seperti TNF-α hal ini dibuktikan pada penelitian yang dilakukan oleh Fouda pada tahun 2009. Pada penelitiannya didapatkan hasil bahwa pada tikus yang mendapatkan asupan ekstrak Zingiber officinale sebanyak 200mg/kgBB/hari kadar serum sitokin IL-1β, IL-2, IL-6, dan TNF-α mengalami penurunan (Fouda & Berika, 2009). Selain menghambat dari pengeluaran TNF-α, gingerol juga merupakan anti inflamasi yang poten melalui mekanisme penghambatan pengaktifan dari NF-kB (Li dkk., 2013). Selain itu gingerol juga memiliki kemampuan penghambatan pengeluaran IL-8 (Yang dkk., 2011). Dari yang sudah dijelaskam sebelumnya NFkB merupakan faktor transkripsi yang mengatur pengeluaran mediator mediator
187
ISSN 2337-3776
sel radang. Dan juga pada proses inflamasi pada saluran pernapasan yang diinduksi oleh asap rokok, teraktivasinya NF-kB dan pengeluaran IL-8 akibat stres oksidatif merupakan awal terjadinya inflamasi yang berakibat pada bertambahnya sel goblet dan berkurangnya tinggi silia pada saluran pernapasan. Berdasarkan penelitian didapatkan bahwa penggunaan ekstrak etanol jahe merah pada dosis 200 mg/kgBB, 400 mg/kgBB, dan 600 mg/kgBB selama 21 hari memberikan efek positif berupa pengurangan jumlah sel goblet dan pertambahan tinggi silia saluran pernapasan pada kelompok perlakuan. Hal ini menunjukkan bahwa pemberian ekstrak etanol jahe merah sebagai antiinflamasi bermanfaat dalam pencegahan pertambahan jumlah sel goblet dan mempertahankan tinggi silia
Simpulan Simpulan, pada penelitian ini didapatkan perubahan berupa pengurangan jumlah sel goblet dan tinggi silia saluran pernapasan tikus putih jantan galur sprague dawley yang diberi ekstrak etanol jahe merah jika dibandingkan dengan kelompok tikus yang hanya dipapar asap rokok.
Daftar Pustaka Anonim. 2006. Management of Chronic Obstructive Pulmonary Disease: European Respiration Monograph 38 vol 11. European Respiration Society. Anonim. 2005. Global Strategy For The Diagnosis, Management, and Prevention of Chronic Obstructive Pulmonary Disease Update 2005. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease. Fouda, A.M.M. & Berika, M.Y.2009. Evaluation of the Effect of Hydroalcoholic Extract of Zingiber officinale Rhizomes in Rat Collagen-induced Arthritis.Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology.Mansoura University.Egypt.Vol 104 pp:262-271. Grzela, K.,Wioletta, Z.,Eva, J.,Tomasz, G.2013.Chronic inflammation in the respiratory tract and ciliary dyskinesia.Central European Journal of Immunology 38(1) :122-128 Gultom, H.L.2011. Pengaruh Paparan Asap Rokok Terhadap Gambaran Histopatologi Saluran Pernapasan Bagian Konduksi Mencit (Mus musculus L) Jantan Galur DDY.Skripsi Fakultas Kedokteran Universitas Lampung. Bandar Lampung. Junqueira, L.C. & Carneiro, J.2007.Basic Histology: Text & Atlas 10th Edition. The McGraw-Hill Companies. New York. Leopold, P.L., Michael J.,Lian, X.J.,Tilley, A.E.,Harvey, B.,Crystal, R.G.2013. Smoking Is Associated with Shortened Airway Cilia.Plos one; 4:12 Li, X.,Kristine, C.Y.,Van, H.T.,Li, Y.,Colin, C.D.,Basil, D.R.,Alison, K.H.2013. Attenuation of Proinflammatory Responses by S-[6]-Gingerol via Inhibition of ROS/NF-Kappa B/COX2 Activation in HuH7 Cells.Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine 2013:1-8 .
188
ISSN 2337-3776
Liu, W.,Akhand, A.A.,Kato, M.1999.4-Hydroxynonenal Trigerson Epifermal Growth Factor Receptor Linked Signal Pathway for Growth Inhibition. Journal of Cell Science. Vol 112(Pt14) pp:2409-2417. MacNee W, Rahman I. 2001. Is oxidative stress central to the pathogenesis of chronic obstructive pulmonary disease?. Trends Mol Med; 7: 55–62. Manju, V. & Nalini, N. 2005. Chemopreventive efficacy of ginger, a naturally occurring anticarcinogen during the initiation, post initiation stages of 1, 2 dimethyl hydrazineinduced colon cancer. Clin Chim Acta. Vol 358 pp: 60-67. Murray, J.F.,Broaddus, V.C.,Martin, T.R.,King, T.E.,Schraufnagel, D.E., Mason, R.J.,.,Nadel, J.A.2010.Mason:Murray and Nadel’s Textbook of Respiration Medicine, 5th edition.Saunders Elsevier.Philadephia. Anonim. 2011. Indonesia Health Profile 2010. Ministry of Health Republic of Indonesia. Jakarta. Nishikawa M, Kakemizu N, Ito T. 1999. Superoxide mediates cigarette smoke-induced infiltration of neutrophils into the airways through nuclear factor-kappaB activation and IL-8 mRNA expression in guinea pigs in vivo. Am J Respir Cell Mol Biol; 20: 189–198 Robbins, S.L., Cotran, R.S.,Kumar, V.2007.Buku Ajar Patologi Edisi VII.Jakarta:EGC. Scholz H, Yndestad A, Damas JK, et al. 2003. 8-isoprostane increases expression of interleukin-8 in human macrophages through activation of mitogen-activated protein kinases. Cardiovasc Res; 59: 945–954. Stoilova,Krastanov, I.A.,Stoyanova, A.,Denev, P. & Gargova, S. 2007. Antioxidant activity of a ginger extract (Zingiber officinale). Food Chemistry.Vol 102 pp: 764–770. Takeyama, K.,Jung, B.,Shim, J.J.2001.Activation of Epidermal Growth Factor Receptors is Responsible for Mucin Synthesis Induced by Cigarette Smoke. American Journal and of Phsiology-Lung Cellular and Molecular Phisiology. Vol 280 (1) pp;165-172. Tirtosastro, S. dan Murdiyati, A.S.2010,Kandungan Kimia Tembakau dan Rokok,Buletin Tanaman Tembakau, Serat & Minyak Industri. Vol 2(1) hlm:2085-6717. Tyner, J.W.,Kim, E.Y.,Ide, K.2006.Blocking Airway Mucous Cell Metaplasia by Inhibiting EGFR Antiapoptosis and IL-13 Transdifferentiation Signals. The Journal of Clinical Investigation. Vol 116(2) pp:309-321. Wong, J.Y., Rutman, A., O'Callaghan, C.2005. Recovery of the ciliated epithelium following acute bronchiolitis in infancy.Thorax 60: 582-587. Yang, C.,Yang, Z., Zhang, M.Hydrogen sulfide protects against chemical hypoxia-induced cytotoxicity and inflammation in hacat cells through inhibition of ROS/NF- B/COX-2 pathway. PLoS ONE ;6(7) Zhao, J. & Philip, H.2012. Concentration of Reactive Oxygen Species (ROS) in Mainstream and Sidestream Cigarette Smoke.Aerosol Science and Technology.Clarkson University. New York. Vol 46 pp:191-197
189
