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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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 :
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)
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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)
Universitas Sumatera Utara
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,
Universitas Sumatera Utara
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,
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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).
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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.
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
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.
Universitas Sumatera Utara
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.
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN ................................................... 98 6.1 Simpulan ..................................................................... 98 6.2 Saran ......................................................................... 99 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................... 100 LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara
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
Universitas Sumatera Utara