Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan ...

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




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


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) Dekan Prof. Dr. dr. Delfitri Munir, Sp. THT-KL(K) Prof.dr.Gontar A.Siregar, Sp.PDKGEH Tanggal lulus : 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 : KHAIRUL IHSAN NASUTION

NIM : 108102020

Program Studi : Ilmu Kedokteran

Jenis Karya : 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 :




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 saudara-

saudara 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.

Keterangan

P : 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

P1 K1 O-1

2O-

2

P2 K2

AR P

Po K0 O-0


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.

K0 P0 0-0

P AR 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, anti-

inflamation character of Melatonin can reduce infiltration of the blood

vessel wall by MPO which is secreted by immunocompetent cells.



(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, Ko-

Promotor : 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

1.1 Latar Belakang Masalah ............................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ...................................................... 5 1.3 Tujuan Umum ............................................................. 6 1.4 Tujuan Khusus ............................................................ 6 1.5 Manfaat Penelitian ...................................................... 6

1.5.1 Manfaat Akademis ........................................... 6 1.5.2 Manfaat Klinis ................................................... 7 1.5.3 Manfaat Masyarakat Luas ................................ 7

BAB II TIJAUAN PUSTAKA .......................................................... 8

2.1 Cedera Kepala ............................................................ 8 2.1.1 Edema Serebri ................................................. 9 2.1.2 Sel Mikroglia ..................................................... 19 2.1.3 Malondialdehyde .............................................. 20 2.1.3.1 Malondialdehyde (MDA) sebagai

produk hasil Stres Oksidatif ................. 22 2.1.4 Reactive Oxygen Species dan respon

inflamasi ........................................................... 25 2.1.5 Sawar Darah Otak ............................................ 31 2.1.6 Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) .... 32 2.1.7 Aquaporin-4 ...................................................... 36


2.2. Melatonin .................................................................... 41 2.2.1 Metabolisme dan Biosintesis Melatonin ........... 41 2.2.2 Regulasi Melatonin ........................................... 43 2.2.3 Fungsi Melatonin .............................................. 44 2.2.4 Kebutuhan Melatonin ....................................... 47 2.2.5 Bioavailabilitas Melatonin ................................. 48 2.2.6 Peran Melatonin pada penurunan Edema

Serebri.............................................................. 49 2.3 Kerangka Teori ........................................................... 56 2.4 Hipotesis Penelitian .................................................... 58 2.5 Kerangka Konseptual ................................................. 59

BAB III METODE PENELITIAN ...................................................... 60 3.1 Desain Penelitian ........................................................ 60 3.2 Populasi dan sampel .................................................. 61 3.2.1 Populasi ........................................................... 61 3.2.2 Sampel ............................................................. 61 3.2.3 Perkiraan Besar Sampel .................................. 61 3.2.4 Cara Kerja dan Alur Penelitian ......................... 62 3.2.5 Kerangka Operasional ..................................... 70 3.2.6 Identifikasi Variabel .......................................... 71 3.2.7 Definisi Operasional Penelitian ........................ 71 3.3 Etika Penelitian ........................................................... 73 3.4 Lokasi dan Waktu Penelitian ...................................... 73 BAB IV HASIL DAN ANALISIS ....................................................... 74 4.1 Karakteristik Subjek Penelitian ................................... 74 4.2 Pemberian Melatonin terhadap Gambaran

Histologis Jaringan Otak Pascacedera Kepala ........... 75 4.3 Distribusi Sel Mikroglia jaringan otak Model Cedera

Kepala dengan Paparan Melatonin ............................. 77 4.4 Studi Imunohistokimia AQP-4 dan VEGF Sawar

Darah Otak ................................................................. 79 4.5 Status Oksidan MDA dan MPO Jaringan Otak ........... 82 BAB V PEMBAHASAN .................................................................. 88 5.1 Melatonin Menghambat Pembentukan MDA Sel

Mikroglia ..................................................................... 90 5.2 Melatonin Menghambat Pembentukan MPO Sel

Mikroglia ..................................................................... 92 5.3 Melatonin Menghambat Pembentukan AQP Sawar

Darah Otak ................................................................. 93 5.4 Melatonin Menghambat Pembentukan VEGF dan

Hubungannya dengan AQP SDO ............................... 95


BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ................................................... 98 6.1 Simpulan ..................................................................... 98 6.2 Saran ......................................................................... 99 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 100 LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

No Tabel Halaman 2.1 Jenis Sitokin berdasarkan aktivitas Biologi ......................... 29 4.1 Hasil dan analisa data Berat Badan Tikus .......................... 74 4.2 Rerata Uji Anova kadar MDA jaringan Otak ........................ 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 2.3 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 2.6 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

4.2 Gambaran histologis distribusi Sel-Sel Imunokompeten Pascacedera Kepala ............................ 76

4.3 Gambaran histologis diameter pembuluh darah

jaringan otak Pascacedera kepala .................................. 76 4.4 Gambar histogram diameter pembuluh darah Jaringan

Otak ................................................................................ 77


4.5 Gambaran imunohistokimia Sel Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ....................................................... 78

4.6 Gambar histogram jumlah Sel Mikroglia jaringan otak .... 78 4.7 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 4.12 Gambar histogram rerata kadar MDA (µmol/L)

jaringan otak ................................................................... 83 4.13 Gambaran imunohistokimia ekspresi MDA Sel

Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala .................. 84 4.14 Gambar histogram rerata ekspresi MDA pada Sel

Mikroglia jaringan otak .................................................... 85 4.15 Gambaran imunohistokimia ekspresi MPO Sel

Mikroglia jaringan otak Pascacedera Kepala ................. 86 4.16 Gambar histogram rerata ekspresi MPO Sel Mikroglia

jaringan otak ................................................................... 87


DAFTAR SINGKATAN AQP-4 : Aquaporin-4 AQP : Aquaporin ADO : Aliran Darah Otak ADP : Adenesin Diphosfat ATP : Adenosin Triphosfat ACTH : Adrenocoticotropin Hormone AGE : Advance Glicostatin End-product ALE : Advance Lipoxidation End-product AP -1 : Apoptocyc – 1 APACHE : Acute Physiology and Chronic Health Evaluation BBB : Blood Brain Barier B1 : Bradikinin – 1 B2 : Bradikinin – 2 CGRP : Calcitonin Gene-Related Peptide CAM : Cell Adhesion Molecules CK : Cedera Kepala CSF : Cerebrospinal Fluid GCS : Glasgow Coma Scale DNA : Deoxyribo Nucleic Acid DNA M1G : Deoxyribo Nucleic Acid Malondialdehide 1 Group GPx : Glutathion peroksidase HE : Haematoxylin Eosin HNE : Hydroxynorenal HPA : Hipotalamus Pituitari Adrenal HIOMT : Hidroksindole-O-Metil Transferase IL-1 : Interleukin-1 IL-6 : Interleukin-6 IL-8 : Interleukin-8 LDL : Low Density Lipid LPS : Lipopolisakarida MPO : Myeloperoxidase MMP : Matrix Metalloproteinase MDA : Malondialdehyde MCA : Middle Cerebral Artery NADPH : Nicotinamide Adenine dinucleotida phosphate NCF : Neutrofil Chemotactic Factor NO : Nitric Oxide NAS : N-Asetilserotonin NF kB : Nuclear Factor kappa Beta OAP : Orthogonal Array Particle PARP : Poli ADP Ribose Polimerase PFA : Protein Fase Akut PUFA : Polyunsaturated Fatty Acid RFA : Respon Fase Akut


ROS : Reactive Oxygen Species SAM : S-adenosil-metionin SDO : Sawar Darah Otak SDR : Sawar Darah Retina SH : Sulfhydryl SLE : Sistema Lupus Erytematous SOD : Superoksid Dismutase SSP : Susunan Saraf Pusat SNAT : Serotonin N-Acetil-Tranferase SAM : S-Asetilserotonin-Metionin TBAR : Thribarbituric Acid Reactive Substance TIK : Tekanan Intra Kranial TGF β : Tumor Growth Factor β TPS : Tekanan Perfusi Serebral TNF α : Tumor Necrosis Factor α TRPH : Triptofan Hidroksilase VCAM : Vascular Cell Adhesion Molecule VEGF : Vascular Endhotelial Growth Factor VIP : Vasoactive Intestinal Peptide


DAFTAR LAMPIRAN

No. Lampiran 1. Rekapitulasi hasil pemeriksaan histopatologis dan

Immunohistokimia 2. Surat persetujuan komite etik tentang pelaksanaan penelitian

bidang kesehatan Fakultas Kedokteran USU 3. Surat izin melakukan penelitian 4. Surat persetujuan penelitian 5. Surat keterangan selesai penelitian


Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan ...

Documents

Transcript of Peran Melatonin pada ekspresi Malondialdehyde (MDA) dan ...