1
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
P R O D I A D I A G N O S T I C S E D U C A T I O N A L S E R V I C E S
Rita Kurniasih dan Andi WijayaLaboratorium Kimia Klinik, FMIPA, Universitas Padjadjaran Bandung
Laboratorium Klinik Prodia
Abstrak
Iskemia serebral atau miokardium dapat menyebabkan kerusakan neuron danmiosit yang fatal dan irreversible, sedangkan reperfusi atau reoksigenisasijaringan tersebut dapat memperburuk dan memperluas kerusakan jaringan.Selama iskemia, terutama pada saat reperfusi, sejumlah radikal bebas dibentukmelalui beberapa mekanisme. Peningkatan pembentukan radikal bebasbersamaan dengan penurunan perlindungan antioksidan tubuh akanmenyebabkan terjadinya stress oksidatif yang dapat merusak membran maupunDNA sel.
Peningkatan kadar kalsium selama iskemia dapat meningkatkan aktivitasbeberapa enzim yang diketahui dapat mendegradasi sitoskeleton proteinmembran sel. Adanya hubungan antara produksi radikal bebas, influks kalsiumke dalam sel maupun efluks kalsium menunjukkan bahwa radikal bebasmerupakan faktor penting pada homeostasis kalsium.
Peran Nitric Oxide (NO) pada iskemia adalah kompleks. NO dapat memiliki peranprotektif maupun merusak sel. NO yang dihasilkan oleh eNOS memiliki sifatprotektif pada saat ataupun setelah iskemia serebral dan miokardium melaluipeningkatan vasodilatasi, mencegah agregasi trombosit dan ekspresi VascularCell Adhesion Molecule (VCAM-1) serta mengatur kontraktilitas miokardium. Efektoksiknya dimediasi oleh reaksi NO dengan radikal superoksida membentukperoksinitrit, suatu oksidan kuat yang dapat menitrosilasi protein dan merusakDNA sel.
Dari beberapa penelitian pada hewan dan manusia menunjukkan bahwakerusakan oksidatif pada membran lipid dan protein membran sel meningkatselama iskemia dan reperfusi, tetapi untuk menentukan kerusakan yangdisebabkan oleh iskemia atau reperfusi bukanlah hal yang mudah.
Aktivitas antioksidan diketahui dapat menetralisir kerusakan yang disebabkanoleh aktivitas radikal bebas pada keadaan patologis, seperti iskemia-reperfusiserebral-miokardium.
Pemeriksaan status antioksidan dapat digunakan untuk memperkirakanterjadinya stress oksidatif, sehingga dapat dilakukan intervensi denganpemberian antioksidan.
3451
ForumDiagnosticum
ISSN 0854-7173 | No. 1/2002
LABORATORIUM KLINIK
PERAN RADIKAL BEBAS PADAISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU
MIOKARDIUM
2
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
PENDAHULUANTrombo-emboli merupakan penyebab utama peningkatan morbiditas dan mortalitas di beberapa negara maju danberkembang. Infark miokardium dan serebral merupakan bentuk gangguan trombo-emboli yang disebabkan olehproses patologis pada aliran darah di otak maupun miokardium (9).Otak dan miokardium memerlukan suplai oksigen dan glukosa secara terus menerus untuk melakukan fungsinya.Iskemia terjadi bila aliran darah menurun sampai pada satu titik di mana substrat metabolik yang tersedia gagaluntuk memenuhi kebutuhan metabolisme normal pada jaringan. Stroke dan disfungsi kontraktilitas, kebanyakandisebabkan oleh adanya trombus atau emboli yang dapat menyebabkan oklusi pada arteri di otak maupun miokardiumserta kerusakan pada sel-sel di jaringan tersebut (1,2,3,4,5).
Gambar 1. Peran oksigen dalam kerusakan sel
Respon awal jaringan terhadap iskemia adalah terjadinya
peningkatan kecepatan degradasi glikogen dan glikolisis,
yang menyebabkan produksi asam laktat meningkat dan
terjadinya asidosis. Kadar ATP mulai menurun dan AMP
mengalami degradasi, mengakibatkan adanya akumulasi
hipoxantin disertai dengan peningkatan kadar Ca2+
intraselular. Ca2+ yang teraktivasi akan menstimulasi pro-
tease, fosfolipase, NOS dan terjadi kerusakan membran
maupun DNA sel (8).
Gambar 2. Sumber dan konsekuensi peningkatan kadar kalsiumterhadap kerusakan sel
Efek iskemia adalah reversibel jika iskemia yang terjadi
dalam waktu singkat, di mana sel dapat kembali menjadi
normal setelah adanya reoksigenisasi. Namun bila iskemia
yang terjadi berlangsung lama maka sel akan mengalami
iskemia irreversible dan terjadi nekrosis maupun apoptosis
walaupun telah terjadi reperfusi kembali (6).
Kerusakan baru pada proses reperfusi atau reoksigenisasi
dapat terjadi karena sel-sel yang mengalami iskemia tidak
menjadi nekrotik tetapi hanya terjadi penyesuaian secara
biokimiawi dan sel akan kehilangan integritasnya pada saat
reperfusi (6).
3
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Mekanisme lain terjadinya kerusakan baru pada sel akibat
reperfusi adalah melalui peningkatan pembentukan spesies
oksigen reaktif (ROS) pada saat reoksigenisasi sel-sel
parenkim dan endotel. Anion superoksida dapat diproduksi
oleh jaringan yang mengalami reperfusi sebagai hasil reduksi
oksigen yang tidak tuntas oleh mitokondria yang rusak. Selain
itu pada sel yang mengalami iskemia-reperfusi terjadi
penurunan perlindungan antioksidan dalam sel (6).
Efek merusak radikal bebas terutama disebabkan oleh
kemampuan radikal bebas dalam melakukan perubahan
pada organel sel serta menginduksi peningkatan kadar Ca2+
intraselular (10).
METABOLISME ENERGI DI OTAK
Otak membutuhkan sekitar 20% dari pemakaian oksigen
tubuh setiap hari. Neuron menggunakan banyak oksigen
untuk menghasilkan ATP guna memelihara gradien ion (K+
intraselular yang tinggi, Na+ rendah, dan Ca2+ bebas yang
sangat rendah). Influks Na+ dibutuhkan dalam reaksi
propagasi sebagai bagian dari aktivitas potensial dan
selanjutnya ion tersebut harus dipompa keluar sel
menggunakan pompa Na+-K+-ATPase. Secara normal, otak
membutuhkan glukosa untuk menghasilkan energi melalui
proses glikolisis dan siklus Krebs serta membutuhkan 4 x
1021 ATP per menit. Jadi jaringan otak sangat rentan terhadap
gangguan suplai glukosa maupun oksigen. Kebutuhan akan
oksigen dan glukosa diantarkan melalui aliran darah secara
konstan. Metabolisme otak merupakan proses yang tetap
dan berkesinambungan, tanpa ada periode istirahat (7).
Neuron juga menggunakan energi dalam sekresi : adanya
aktivitas potensial pada terminal saraf dapat membuka
saluran ion yang menyebabkan influks Ca2+ dan berakibat
pelepasan neurotransmiter ke dalam sinapsis melalui
eksositosis. Neurotransmiter tersebut kemudian berikatan
dengan reseptor pada neuron target, meliputi reseptor
neurotransmiter dopamin, asetilkolin, serotonin, noradrena-
lin, glisin dan glutamat (7).
Glutamat disimpan dalam vesikel sinapsis pada neuron.
Setelah dilepaskan, dapat ditangkap oleh neuron dan sel
glia. Sel glia akan mengubah glutamat menjadi glutamin
melalui aktivitas enzim glutamin sintetase. Glutamin dapat
dilepaskan dan diambil kembali oleh neuron untuk dihidrolisis
menjadi glutamat. Dalam keadaan normal glutamat
berfungsi sebagai neurotransmiter eksitatori di otak.
Glutamat berikatan dengan reseptor NMDA (N-Methyl-D-
Aspartate), AMPA (a-Amino-3 Hidroxy-5 Methyl-4 Isoxazole-4-Propionate) dan KA (Kainic Acid) dalam melakukan
fungsinya. Dalam keadaan iskemia, aktivasi reseptor glutamat
dapat menyebabkan kematian neuron. Ikatan glutamat
terutama dengan reseptor NMDA menyebabkan depolarisasi
membran sehingga terjadi peningkatan kadar Ca2+ sitosolik.
Dalam keadaan normal, glutamat dengan cepat diklirens
dari sinapsis dan kadarnya kembali normal, tetapi pada
iskemia terjadi pelepasan glutamat yang berlebihan dan
adanya kegagalan pengambilan glutamat. Peningkatan
kadar Ca2+ menyebabkan kematian neuron melalui aktivasi
protease, lipase, endonuklease dan sitokin (7,16).
NO yang dihasilkan oleh enzim NOS (Nitric Oxide Synthase)
digunakan sebagai pembawa pesan interselular oleh neu-
ron dalam sistem saraf perifer dan sebagian kecil oleh neu-
ron di otak. NO berperan pada perkembangan kelenturan
sinaptik yang terutama penting pada memori jangka panjang.
Sebagian neuron mengandung nNOS (neuronal NOS) yang
diregulasi oleh Ca2+ dan calmodulin (7).
Eksitotoksisitas merupakan kerusakan neuron yang
disebabkan oleh peningkatan glutamat dan aspartat yang
berlebihan. Kadar normal glutamat pada cairan ekstraselular
di otak adalah ~ 1mM, sedang kadar di dalam neuron adalah
milimolar. Adanya kematian sel atau kolaps pada gradien
ion (misalnya pada pemakaian energi yang berlebihan) dapat
menyebabkan pelepasan glutamat yang berlebihan dan
4
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
berakibat terjadinya peningkatan Ca2+ dan Na+ intraselular
pada neuron disekitarnya dan berperan pada kematian sel
(7).
Otak dan jaringan saraf sering dikatakan sangat rentan
terhadap kerusakan oksidatif, untuk beberapa alasan :
1. Tingginya lalu lintas Ca2+ melewati membran neuron;
interferensi dengan transport ion dapat menyebabkan
peningkatan Ca2+ bebas intraselular dengan cepat, sering
menyebabkan stress oksidatif .
2. Adanya asam amino eksitotoksik.
3. Tingginya kecepatan konsumsi oksigen per unit massa
jaringan. Seperti mitokondria di jaringan lain, mitokondria
di otak dapat menghasilkan radikal superoksida dan 8-
hydroxy diguanosine (8-OhdG), mutasi dan penurunan
fungsi meningkat sesuai dengan pertambahan usia.
4. Banyak neurotransmiter merupakan senyawa yang
mudah dioksidasi
5. Lipid membran neuron mengandung banyak asam
lemak tidak jenuh (PUFA) terutama asam
eikosapentaenoat dan dokosaheksaenoat.
6. Adanya sitokrom P450 di otak (7).
Stress oksidatif dapat merusak neuron dan glia melalui
beberapa mekanisme, yaitu : 1) Peningkatan peroksidasi
lipid, 2) Kerusakan oksidatif pada DNA, 3) Kerusakan pada
protein dan 4) Induksi apoptosis dan nekrosis
Pertahanan antioksidan di otak terutama untuk menjaga
agar kadar oksigen intraselular serendah mungkin, konsisten
dengan fungsi normalnya. Kadar oksigen yang rendah akan
menurunkan reaksi auto-oksidasi, kebocoran elektron dari
rantai transport elektron dari mitokondria dan aktivitas
monoamin oksidase. Jadi tekanan parsial oksigen
intraselular di otak adalah cukup rendah, tetapi hal ini
menyebabkan otak sangat rentan terhadap adanya
gangguan suplai darah (7).
METABOLISME ENERGI DI MIOKARDIUM
Salah satu fungsi jantung sebagai suatu pompa adalah dapat
menyediakan darah secara optimal ke seluruh jaringan
dalam tubuh (12). Untuk melakukan fungsi tersebut, di
jantung terjadi reaksi coupling eksitasi-kontraksi dan
relaksasi yang merupakan suatu proses untuk mengubah
energi kimia dalam bentuk senyawa fosfat berenergi tinggi
(ATP/Adenosin Triphosphate) menjadi energi mekanik
dalam bentuk kontraksi-relaksasi otot jantung (14).
Di miokardium, energi dibutuhkan baik pada saat kontraksi
maupun relaksasi, walaupun energi tersebut digunakan
dengan cara dan struktur yang berbeda pada kedua proses
tersebut (13).
ATP berfungsi untuk menyediakan energi bagi kontraksi otot
jantung, terutama dibentuk dalam mitokondria, yang terletak
pada serat otot sarkoplasma antara miofibril. Walaupun
dalam keadaan istirahat, miokardium tetap membutuhkan
ATP untuk mempertahankan homeostasis miokardium. ATP
secara konstan diresintesis dari ADP dan fosfat anorganik
dalam mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif, yang
mengambil energi dari oksidasi asam lemak, glukosa dan
laktat, terutama melalui bentuk tereduksi dari nicotinamide
adenine dinucleotide (NADH) dan memompa H+ keluar dari
matriks mitokondrial. ATP mengalami resintesis pada saat
oksigen dikonsumsi dan H+ masuk kembali dalam matriks
mitokondria. Penurunan ATP tidak terjadi pada jantung yang
sehat dan normal karena proses sintesis ATP dan
pemecahannya berlangsung seimbang, walaupun dapat
terjadi peningkatan kardiak output seperti pada saat olahraga
(12).
5
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Selama kontraksi, ATP dilepaskan oleh protein kontraktil yang
akan mempengaruhi pemendekan otot dan pembentukan
tensi, sedangkan selama relaksasi, ATP dihidrolisis oleh
pompa ion yang akan memindahkan aktivator Ca2+ dari
sitosol ke sarkoplasma retikulum (13).
Pada miokardium yang normal, aksi potensial pada T tubu-
lus akan membuka VDCC (Voltage Dependent Sensitive
Calcium) pada membran T tubulus, menyebabkan kalsium
berdifusi dari cairan ekstraselular melalui VDCC ke dalam
sel. Ca2+ selanjutnya berikatan dengan reseptor Ca2+ pada
permukaan bagian dalam membran sarkoplasma retikulum.
Reseptor ini memiliki channel Calcium intrinsik dan aktivasi
pada reseptor tersebut akan membuka channel sehingga
Ca2+ dapat terdifusi dari sarkoplasma retikulum ke sitosol
yang menyebabkan kontraksi miokardium melalui interaksi
Ca2+ dengan troponin C. Ikatan ini akan menyebabkan aktin
dan miosin berinteraksi dan terbentuk jembatan silang di
antara keduanya (12,15).
Kontraksi akan berakhir apabila Ca2+ mengalami disosiasi
dari kompleks aktin-miosin dan kadar kalsium sitosol
mengalami penurunan melalui transport aktif Ca2+ kembali
ke dalam sarkoplasma retikulum. Jumlah kalsium yang
masuk ke dalam sel selama eksitasi dan ditransport ke luar
sel adalah sebanding sehingga kadar Ca2+ tetap konstan
(transport Ca2+ terutama diatur oleh Ca2+ - ATPase dan
penukar Na+/Ca2+ ) (12,15).
Iskemia miokardium dapat mengubah metabolisme miosit
di mana terjadi penurunan aliran darah koroner yang akan
menyebabkan penurunan konsumsi oksigen dan produksi
ATP. Hal ini dapat mengganggu homeostasis miosit dan
terjadi disfungsi kontraktilitas miokardium.
Banyak penelitian menunjukkan bahwa fungsi miosit juga
dipengaruhi oleh oksidatif stress, terutama efek radikal bebas
pada organel subselular miokardium (10).
MEKANISME BIOKIMIA KERUSAKAN SELDAN NEKROSIS
Mekanisme biokimiawi yang bertanggung jawab terhadap
kerusakan sel reversibel maupun kematian sel sangat
kompleks, masing-masing penyebab dapat berinteraksi satu
sama lain. Mekanisme nekrosis ini tumpang tindih dengan
apoptosis.
Beberapa mekanisme umum adalah sebagai berikut :
1. Kelangkaan dan penurunan sintesis ATP sebagai akibat
iskemia atau keracunan.
ATP adalah senyawa fosfat yang dibutuhkan oleh sel
dalam proses sintesis dan degradasi, yang meliputi trans-
port membran, sintesis protein, lipogenesis dan reaksi
deasilasi-reasilasi yang diperlukan untuk turnover
fosfolipid.
2. Oksigen dan radikal bebas
Sel menghasilkan energi melalui reaksi reduksi oksigen
menjadi air. Selama proses ini berlangsung, senyawa
oksigen reaktif dibentuk sebagai hasil sampingan dari
proses respirasi mitokondrial. Radikal bebas dapat
merusak lipid, protein dan asam nukleat. Sel memiliki
sistem pertahanan terhadap aktivitas radikal bebas
melalui sistem scavenging. Keseimbangan antara
pembentukan radikal bebas dengan sistem scavenging
menghasilkan suatu keadaan yang disebut stress
oksidatif dan dapat menyebabkan kerusakan sel
Gambar 3. Metabolisme energi dalam keadaan normal padamiokardium
6
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
3. Kalsium sitosolik
Iskemia menyebabkan peningkatan kadar kalsium
sitosolik, disebabkan oleh peningkatan influks kalsium
melewati membran sel dan pelepasan kalsium dari
mitokondria dan retikulum endoplasmik. Peningkatan
kalsium ini selanjutnya dapat mengaktifkan sejumlah
enzim yang memiliki efek perusak sel. Enzim tersebut
adalah fosfolipase, protease, ATPase dan endonuklease.
4. Gangguan pada permeabilitas membran.
Kerusakan membran merupakan gambaran kerusakan
sel. Gangguan permeabilitas diakibatkan oleh
kelangkaan ATP dan modulasi aktivasi fosfolipase.
5. Kerusakan mitokondrial irreversible.
Membran mitokondrial bagian dalam merupakan
membran impermeable yang berfungsi mempertahankan
gradien proton untuk sintesis ATP. Mitokondrial dapat
rusak karena adanya peningkatan Ca2+ sitosolik, stress
oksidatif, pemecahan fosfolipid melalui fosfolipase A2(PLA
2) dan pemecahan produk lipid seperti asam lemak
bebas dan ceramid. Kerusakan ini biasanya ditunjukkan
dengan adanya pembentukan saluran yang memiliki
konduktivitas tinggi sehingga disebut permeabilitas
mitokondria transisi (MPT) yang terletak pada membran
mitokondria bagian dalam. Terbukanya pori-pori
membran mitokondrial menyebabkan molekul dengan
berat molekul (BM) lebih kecil dari 1500 keluar dari
mitokondrial sehingga sintesis ATP terhenti. MPT
menyebabkan peningkatan kadar Ca2+, keseimbangan
osmotik terganggu dan mitokondrial menjadi
mengembang (swelling). Kerusakan mitokondria juga
berhubungan dengan lolosnya sitokrom c dalam sitosol.
Sitokrom c merupakan komponen integral dari rantai
transport elektron dan dapat mencetuskan apoptosis (6).
ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAUMIOKARDIUM
Defisiensi oksigen dapat merusak jaringan di otak maupun
jantung. Hal ini terutama terkait dengan aterosklerosis dan
merupakan penyebab kematian utama di negara maju
maupun berkembang. Aterosklerosis pada pembuluh darah
baik di otak maupun jantung memiliki gambaran morfologis
yang sama (1,9).
Adanya penurunan atau gangguan aliran darah ke otak atau
miokardium umumnya disebabkan oleh trombosis atau
adanya emboli, hal ini dapat menyebabkan sel-sel otak atau
miokardium mengalami kekurangan nutrisi vitalnya, seperti
oksigen dan glukosa (4,12).
Iskemia miokardium dan serebral terjadi akibat adanya
kelangkaan suplai oksigen melalui pembuluh darah baik ke
otak maupun miokardium, yang dapat juga disebabkan oleh
gangguan perfusi vaskuler lain seperti spasm, ateroma,
vaskulitis dan hiperviskositas. Efek iskemia bersifat reversibel
jika iskemia terjadi dalam waktu singkat tetapi apabila
iskemia berlangsung lama, iskemia menjadi bersifat irre-
versible yang akan menyebabkan kerusakan sel berlanjut
dan sel mengalami nekrosis walaupun telah dilakukan
reperfusi (3).
Infark merupakan kematian jaringan (nekrosis) sebagai
akibat adanya iskemia. Infark merupakan kerusakan yang
irreversible, tetapi kemampuan jaringan untuk memperbaiki
atau mengganti sel yang rusak sangat bervariasi. Infark
biasanya merupakan akibat adanya oklusi total dari trombosis
atau emboli (9).
Ada dua tipe iskemia serebral maupun miokardium yaitu :
1. Iskemia global yang terjadi bila ada penurunan perfusi
serebral dan miokardium secara umum, misalnya akibat
adanya cardiac arrest atau hipotensi yang berat atau
shock
2. Iskemia focal/regional, akibat terjadinya penurunan atau
penghambatan aliran darah pada daerah tertentu di otak
7
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Gambar 4. Keadaan yang terjadi akibat iskemia secara umum pada serebral dan miokardium
atau miokardium misalnya adanya plak yang koyak atau
rontoknya pembuluh darah (stroke/miokardium
hemoragik) atau adanya trombus/emboli (stroke
trombotik atau angina tidak stabil). Pada serebral, sel di
pusat zona iskemik akan mengalami kerusakan dengan
cepat tetapi sel di daerah sekeliling zona akan menerima
oksigen dari pembuluh darah lain yang membuat sel ini
menjadi kurang hipoksik (iskemik penumbra) (5,17).
Selama iskemia dapat terjadi perubahan patologis sel
tergantung dari lamanya iskemia yang terjadi. Pada
kerusakan iskemia reversibel, sel kembali normal jika
tersedia lagi oksigen dan substrat metabolik melalui restorasi
aliran darah dalam waktu singkat. Bila iskemia terjadi cukup
lama, pada satu saat tertentu terjadi suatu keadaan di mana
kerusakan sel semakin parah dan progresivitas kerusakan
berlangsung terus menerus sehingga terjadi iskemia irre-
versible. Oksidasi yang terjadi di mitokondria dan alur
glikolisis mengalami gangguan yang tidak dapat diperbaiki
dan terjadi kelangkaan ATP walaupun telah direperfusi
kembali (6,7,8,16,18). (Gambar 4)
Efek awal dari iskemia adalah terhadap proses respirasi
aerobik di mitokondria di mana terjadi penurunan tekanan
oksigen dalam sel, menyebabkan kelangkaan ATP.
8
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
perubahan tersebut pada awalnya disebabkan oleh
penurunan pH, tetapi beberapa penelitian menunjukkan
bahwa penurunan pH diikuti dengan perubahan suasana ke
netral atau basa merupakan proses terjadinya kerusakan
irreversible. Penurunan pH juga menyebabkan clumping
kromatin nuklear.
Komponen sel akan mengalami degradasi setelah sel mati,
menyebabkan lolosnya enzim sel ke ekstraselular dan
sebaliknya makromolekul ekstraselular dari interstisial masuk
ke dalam sel yang mati (6). Lolosnya enzim tersebut ke dalam
plasma merupakan parameter klinik yang penting, seperti
terjadi pada otot jantung, peningkatan kadar kreatinin kinase
MB isoform (CK-MB) dan troponin merupakan parameter
untuk diagnosis infark miokard (6).
Kerusakan sel irreversible terutama ditandai dengan
ketidakmampuan sel memperbaiki disfungsi mitokondria
yang menyebabkan terjadinya kelangkaan ATP dan
kerusakan fungsi membran. Beberapa mekanisme
penyebab kerusakan membran yang merupakan faktor
sentral patogenesis kerusakan irreversible yaitu :
1. Disfungsi mitokondria. Peningkatan kalsium sitosolik
berhubungan dengan kelangkaan ATP, berakibat
peningkatan pengambilan Ca2+ oleh mitokondria,
aktivasi fosfolipase dan menyebabkan terjadinya
akumulasi asam lemak bebas. Efek dari kejadian
tersebut adalah terjadi perubahan permeabilitas
membran mitokondria bagian dalam (MPT)
2. Hilangnya fosfolipid membran sel. Pada jaringan yang
mengalami iskemia irreversible berkaitan dengan
penurunan kandungan fosfolipid membran sel, yang
diinduksi oleh aktivasi fosfolipase melalui peningkatan
kalsium sitosolik.
3. Abnormalitas sitoskeleton. Aktivasi protease melalui
peningkatan kalsium sitosolik menyebabkan kerusakan
elemen sitoskeleton.
4. Senyawa oksigen reaktif (ROS). ROS merupakan
molekul radikal bebas yang sangat reaktif dan dapat
menyebabkan kerusakan pada membran sel dan
Kelangkaan ATP memiliki efek pada beberapa sistem dalam
sel :
1. Terjadi penurunan aktivitas pompa Na+,K+-ATPase.
Kegagalan pada sistem transport aktif akibat penurunan
kadar ATP ini akan menyebabkan natrium terakumulasi
dalam sel disertai dengan difusi kalium, ke luar dari sel.
Hal tersebut selanjutnya dapat menyebabkan
pembengkakan sel dan dilatasi retikulum endoplasmik.
Selain itu, terjadi peningkatan tekanan osmotik
intraselular yang ditimbulkan oleh akumulasi senyawa
katabolit seperti fosfat anorganik, laktat dan nukleotida
purin.
2. Adanya perubahan metabolisme energi dalam sel.
Apabila kadar oksigen mengalami penurunan, maka
sel mengandalkan proses glikolisis anaerobik untuk
menghasilkan energi, akibatnya cadangan glikogen
menurun dengan cepat. Glikolisis anaerobik
menyebabkan akumulasi asam laktat dan fosfat
anorganik dari hidrolisa ester fosfat, dan akan
menurunkan pH intraselular (6,18,19,20).
Bila proses hipoksia terus berlanjut, kelangkaan ATP akan
menambah kerusakan morfologi sel. Sitoskeleton
mengalami penguraian menyebabkan sel kehilangan
mikrovili, pembentukan blebs pada permukaan sel, retikulum
endoplasma mengalami swelling (mengembang) dan my-
elin figures (6).
Jika iskemia berlangsung lama, kerusakan irreversible akan
terjadi yang berhubungan dengan swelling mitokondria,
lisosom dan kerusakan membran plasma. Influks kalsium
terjadi dalam sel terutama jika sel mengalami reperfusi,
selanjutnya sel akan kehilangan protein, enzim, koenzim dan
asam ribonukleat membran sel. Sel juga akan kehilangan
metabolit yang penting untuk sintesis ATP. Pada tahap ini
terjadi kerusakan pada lisosom yang diikuti dengan lolosnya
enzim ke sitoplasma. Lisosom mengandung RNase, DNase,
protease, fosfatase, glukosidase dan Cathepsin. Aktivasi
enzim-enzim tersebut dapat menyebabkan sel kehilangan
ribonukleoprotein, deoksiribonukleoprotein, glikogen serta
terjadi berbagai perubahan pada nukleus. Meskipun
9
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
komponen sel lainnya. Radikal bebas kadarnya rendah
pada saat sel mengalami iskemia, tetapi pada reperfusi
akan terjadi peningkatan produksi dengan cepat.
5. Senyawa hasil pemecahan lipid, meliputi asam lemak
bebas, asil karnitin dan lisofosfolipid, yang terakumulasi
dalam sel yang mengalami iskemia sebagai hasil dari
degradasi fosfolipid. Senyawa tersebut memiliki efek
sebagai penurun tegangan permukaan (detergent) pada
membran sel, mengubah elektrofisiologik dan
permeabilitas membran sel.
6. Kehilangan asam amino intraselular. Asam amino
intraselular terutama glisin dapat melindungi sel iskemik
dari kerusakan membran irreversible secara in vitro,
menunjukkan bahwa hilangnya asam amino yang terjadi
pada iskemia, menyebabkan kerusakan pada struktur
membran (6).
Hilangnya integritas membran sel, berakibat peningkatan
influks kalsium dari cairan ekstraselular. Kalsium yang
diambil oleh mitokondria setelah reoksigenisasi akan
merusak mitokondria, menghambat kerja enzim selular,
mendenaturasi protein, menyebabkan perubahan sitologik
dan terjadilah nekrosis (6).
Pada miokardium, akumulasi fosfor anorganik dan asidosis
juga dapat menurunkan responsitivitas miofilamen terhadap
kalsium sehingga terjadi disfungsi kontraktilitas (21).
Jadi iskemia atau hipoksia akan berpengaruh pada fosforilasi
oksidatif dan berakibat pada penurunan sintesis ATP.
Kerusakan membran merupakan faktor kritis pada kerusakan
sel dan kalsium merupakan mediator penting pada
perubahan biokimiawi maupun morfologi pada terjadinya
nekrosis (6).
Mekanisme kerusakan otak iskemik :
1. Efek primer dari iskemia, terutama adalah penurunan
suplai substrat untuk metabolisme energi di otak (oksigen
dan glukosa) dan penurunan kemampuan
menyingkirkan asam laktat. Hal ini menyebabkan
kematian sel-sel neuron dan glia pada daerah yang
mengalami iskemia paling parah (inti iskemik dari iskemia
fokal). Hal ini juga akan terjadi pada daerah di sekitarnya
(penumbra), setelah terjadi reperfusi.
2. Efek sekunder dari iskemia, meliputi terjadinya pelepasan
neurotransmiter, influks Ca ke dalam sel, aktivasi pro-
tease dan lipase, produksi radikal bebas dan molekul-
molekul inflamasi, aktivasi messenger intraselular
sekunder, dan induksi gen yang menyebabkan kematian
sel melalui apoptosis
Apabila iskemia atau hipoksia terjadi untuk waktu yang tidak
terlalu lama, kerusakan jaringan yang terjadi, dapat kembali
normal dengan reoksigenisasi atau reperfusi melalui
perbaikan aliran darah. Namun Parks, Granger, Mc Cord
dkk, pada awal tahun 1980 menyatakan bahwa reoksigenasi
pada jaringan yang mengalami iskemia dapat memperburuk
keadaan jaringan (kerusakan karena reoksigenisasi atau
reperfusi), yang sebagian besar dimediasi oleh ROS.
Kerusakan reperfusi ini tergantung dari lamanya iskemia,
jaringan yang rusak dan kemudian reperfusi tersebut akan
melepaskan xantin oksidase dan ion logam katalitik transisi
ke dalam sirkulasi sistemik menyebabkan terjadinya
masalah pada jaringan di sekitarnya, sehingga kerusakan
jaringan akan meluas, xantin oksidase dapat berikatan
dengan sel endotel, yang akan menghasilkan radikal
superoksida, peroksinitrit dan hidrogen peroksida (8).
Mediator-mediator penting yang berperan pada iskemia-
reperfusi serebral dan miokardium meliputi : ROS/RNS
(terutama O2._, H2O2, NO
. dan ONOO_), kadar glutamat yang
tinggi menyebabkan eksitotoksisitas, perubahan
metabolisme miokardium dan serebral, pelepasan ion
katalitik, peningkatan Ca2+ intraselular, disfungsi endotel dan
mikrovaskular serta akumulasi asam lemak bebas karena
aktivasi enzim fosfolipase A2 (7,17).
Disfungsi endotel dan mikrovaskuler akibat iskemia dapat
mempermudah ekspresi protrombin, ditandai dengan
aktivasi neutrofil dan trombosit, yang merupakan mediator
10
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
penting pada reperfusi. Neutrofil akan teraktivasi dan
bermigrasi ke dalam jaringan melalui gap junction sel
endotel. Pada akhirnya hal ini dapat menyebabkan kerusakan
membran sel (17).
Manifestasi reperfusi serebral dan miokardium adalah
nekrosis, miokardium stunning dan fenomena no reflow
(pada miokardium) (17).
Miokardium stunning merupakan suatu keadaan disfungsi
mekanik pada miokardium yang terjadi setelah jaringan
direperfusi walaupun jaringan tidak mengalami kerusakan
irreversible dan kembali normal setelah reperfusi (22).
Keadaan klinik yang berhubungan dengan miokardial stun-
ning dapat ditemukan setelah reperfusi baik pada iskemia
regional maupun global (17), sedangkan no reflow diduga
sebagai tipe yang spesifik dari kerusakan vaskuler setelah
jaringan mengalami reperfusi. Fenomena ini meliputi plug-
ging neutrofil yang menyebabkan edema sel endotel,
pembentukan mikrotrombin dan kontraktur miokardium
iskemik yang berlebihan disertai dengan kompresi
mikrovaskulatur (20).
Miokardium dapat bertahan terhadap iskemia sampai 15
menit tanpa terjadi kematian miosit. Walaupun miosit
mengalami iskemik, kerusakan dapat direstorasi dengan
reperfusi arteri dengan cepat, keadaan ini dianjurkan pada
saat angina atau vasospasm koroner. Dengan meningkatnya
durasi dan keparahan iskemia, kerusakan miosit semakin
besar, yang akan menyebabkan terjadinya kerusakan
reperfusi miokardium, disebabkan oleh terapi reperfusi
koroner seperti trombolisis, PCI (Percutaneous Coronary In-
tervention), CABG (Coronary Arterial bypass Grafting) dan
transplantasi jantung (17). Mekanisme protektif endotel pada
miokardium terhadap iskemia-reperfusi meliputi produksi
adenosin, pelepasan NO dan terbukanya channel KATP-ase.
Selain itu dapat diperbaiki dengan terapi antioksidan, inhibi-
tor Na+-H+ cariporide dan stimulasi metabolik dengan insu-
lin (17).
Pada serebral, cara termudah untuk memperbaiki kerusakan
jaringan otak yang mengalami iskemia adalah dengan
secepat mungkin memperbaiki aliran darah yang tersumbat.
Namun hal ini tidak selalu berhasil, karena kerusakan
reperfusi dapat terjadi pada daerah penumbra iskemik (pada
iskemia fokal). Akhir-akhir ini fokus pengobatan lebih
ditujukan untuk mencegah kematian neuronal. Intervensi
terapi dengan Calcium blocker, NOS inhibitor, senyawa yang
dapat mencegah ikatan glutamat dengan reseptor NMDA,
antioksidan seperti SOD dapat menurunkan kerusakan neu-
ronal pada percobaan binatang (7).
MIOKARDIUM STUNNING DAN HIBERNASI
Miokardium StunningPenelitian pada hewan menunjukkan bahwa oklusi total pada
arteri koroner proksimal sampai 15 menit akan menyebabkan
kerusakan reversibel, sehingga dapat diasumsikan bahwa
Gambar 5. Mekanisme dan mediator pada reperfusi miokardium
11
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
miosit dapat bertahan sampai 15 menit. Meskipun iskemia
selama 15 menit dapat menyebabkan terjadinya berbagai
perubahan pada miokardium, termasuk beberapa keadaan
yang akan berlangsung berhari-hari. Salah satu bentuk
keadaan tersebut adalah miokardium stunning yang
merupakan perpanjangan disfungsi kontraktil miokardium
paska iskemia setelah direperfusi. Mekanisme stunning
diduga karena terbentuknya ROS, gangguan pada homeo-
stasis kalsium dan perubahan pada struktur protein kontraktil
(30).
Keadaan tersebut membutuhkan discrete episode dari
iskemia transient. Menurut ilmu klinik, iskemia transient dapat
disebabkan oleh oklusi total koroner, yang terjadi pada
spasme koroner yang berat, rontoknya plak aterosklerotik
dengan pembentukan trombus, atau iskemia yang diinduksi
oleh peningkatan kebutuhan oksigen seperti pada saat
berolahraga disertai dengan penurunan aliran darah yang
disebabkan oleh stenosis parsial arteri koroner. Sementara
itu, selama discrete episode terjadi disfungsi ventrikel kiri
pada daerah iskemia yang disebabkan oleh penghentian
kontraksi miosit dalam beberapa detik pada saat iskemia
akut. Jika jantung mengalami iskemia global, yang juga
terjadi pada saat bypass kardiopulmoner, maka jantung akan
mengalami disfungsi kontraktilitas global (30,32).
Walaupun setelah iskemia dilakukan relaksasi spasme, lisis
trombus dengan cepat, penghentian kegiatan berolahraga
atau restorasi aliran darah setelah bypass kardiopulmoner,
miokardium tetap membutuhkan waktu yang lama sebelum
fungsinya kembali normal. Restorasi fungsi jantung setelah
iskemia yang memerlukan waktu lama disebut juga stun-
ning (30).
Waktu yang dibutuhkan untuk mengembalikan fungsi
miokardium menjadi normal tergantung kepada durasi
iskemia, tingkat keparahan iskemia dan ketersediaan aliran
darah arteri yang tepat selama reperfusi (30,32).
Heyndrickx dan kawan-kawan menyatakan bahwa
miokardium stunning adalah disfungsi ventrikel kiri transient
yang berlangsung lama setelah jaringan direperfusi
walaupun jaringan tidak mengalami kerusakan irreversible
dan aliran darah koroner dalam keadaan normal (28,30).
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa disfungsi
kontraktilitas paska iskemik dapat disebabkan oleh
pembentukan radikal bebas pada saat jaringan mengalami
reperfusi dan bersifat sitotoksik (27). Walaupun mekanisme
disfungsi kontraktilitas yang disebabkan oleh radikal bebas
masih belum jelas, kerusakan oksidatif pada membran sel
dan protein kontraktil berperan penting pada miokardium
stunning (27).
Peningkatan kadar Ca2+ intraselular dapat disebabkan oleh
peningkatan influks kalsium selama iskemia-reperfusi dan
gangguan pengambilan Ca2+ oleh sarkoplasma retikulum.
Miokardium stunning paska iskemik ditandai dengan
penurunan sensitivitas miofilamen terhadap Ca2+, yang
diduga melibatkan proteolisis dan degradasi troponin I.
Abnormalitas homeostasis Ca2+ juga dapat diinisiasi oleh
kerusakan pada sarkolema, sarkoplasma retikulum dan pro-
tein kontraktilitas akibat aktivitas radikal bebas (27).
Gambar 6. Efek iskemia dan reperfusi miokardium pada sampelcanine (anjing)
12
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Miokardium HibernasiKonsep awal miokardium hibernasi dinyatakan oleh
Rahimtoola. Miokardium hibernasi adalah gangguan fungsi
miokardium yang berlangsung lama yang disertai dengan
penurunan aliran darah koroner. Hal ini merupakan adaptasi
miokardium terhadap iskemia kronik untuk mempertahankan
viabilitas miokardium (22,29). Pada penelitian klinis, ia
mendapatkan adanya perbaikan secara progresif pada
gangguan kontraktilitas ventrikel kiri setelah CABG tanpa
adanya nekrosis transmural.
Beberapa penelitian menyatakan bahwa miokardium
hibernasi adalah penurunan fungsi ventrikel kiri dan aliran
darah koroner yang bersifat kronik (22,28).
Waktu yang dibutuhkan untuk mengembalikan fungsi
miokardium hibernasi tergantung pada durasi dan
keparahan iskemia, keberhasilan revaskularisasi dan
banyaknya miosit yang mengalami dediferensiasi dalam
daerah hibernasi. Recovery yang terjadi dalam beberapa
hari hingga minggu setelah revaskularisasi segment
hibernasi menggambarkan adanya stunning. Recovery yang
terjadi lebih lama menggambarkan regenerasi miofibril dan
perbaikan perubahan struktur, yang terjadi selama fase
hibernasi kronik (22,31).
Penelitian juga menunjukkan bahwa miokardium hibernasi
yang ditandai dengan disfungsi kontraktilitas regional dapat
mengawali penurunan aliran darah koroner. Stenosis dapat
menghubungkan antara miokardium stunning dan hibernasi
yang bersifat kronik dengan iskemia. Perkembangan
Gambar 7. Hubungan antara iskemia, stunning dan hibernasi pada miokardium
13
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
miokardium stunning kronik menjadi miokardium hibernasi
ditunjukkan oleh beberapa hasil penelitian dan merupakan
paradigma baru dalam perkembangan disfungsi
miokardium. Pada mulanya, terjadi periode iskemia yang
berulang menyebabkan miokardium stunning semakin
bertambah tingkat keparahan stenosis, iskemia reversibel
dapat membuat program untuk kematian sel dan sebagai
akibatnya terjadi hipertrofi miosit selular. Pada saat yang
sama, iskemia reversibel menginduksi perubahan pada
ekspresi gen regional yang menyebabkan penurunan
pengambilan kalsium pada sarkoplasma retikulum Ca2+-
ATPase. Perubahan ini terjadi tepat pada saat aliran
subendokardial mengalami penurunan yang menyebabkan
perubahan miokardium stunning kronik menjadi miokardium
hibernasi kronik (22,29,32). (Gambar 7).
STRESS OKSIDATIF PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL-MIOKARDIUM
Pada iskemia, terjadi peningkatan produksi radikal bebas,
terutama selama reperfusi, dibuktikan dengan adanya
oksidasi protein, oksidasi lipid dan penurunan status
antioksidan. Radikal bebas selama reperfusi dihasilkan oleh
mitokondria yang rusak (MPT), xantin oksidase, ion logam
transisi katalitik, neutrofil dan NOS (3,16,17).
Dalam keadaan normal, radikal bebas dihasilkan oleh sel
selama proses oksidasi. Perubahan oksigen menjadi air dan
ATP pada rantai transport elektron mitokondria menghasilkan
O2
-, hidrogen peroksida (H2O
2), radikal hidroksil (OH-).
Hidrogen peroksida bukan suatu radikal, tetapi interaksi H2O
2
dengan O2 dan ion logam katalitik terutama besi,
menghasilkan senyawa yang sangat reaktif yaitu radikal
hidroksil. Radikal superoksida juga dapat dihasilkan oleh
enzim seperti xantin oksidase, sitokrom P450, sitosol atau
mitokondria yang dikatalisis oleh SOD. Oksidasi fosfolipid
menjadi asam arakidonat dan metabolitnya, autooksidasi
flavin, katekolamin, dopamin, dan aksi kalsium pada PLA2dan NOS, juga merupakan sumber radikal bebas. Radikal
bebas yang dihasilkan selama proses metabolisme aerobik
tersebut bersifat sangat reaktif yang dapat mengganggu
integritas sel tubuh. Tubuh memiliki sistem perlindungan
antioksidan untuk menetralisir aktivitas radikal bebas tersebut
(16,17,23).
Ketidakseimbangan antara produksi radikal bebas dengan
pertahanan anti oksidan menyebabkan satu keadaan yang
disebut sebagai stress oksidatif. Stress oksidatif dapat
merusak sel atau sel dapat beradaptasi terhadap keadaan
tersebut. Sel dapat bertoleransi terhadap stress oksidatif yang
bersifat ringan melalui pengaturan kembali sintesis
antioksidan untuk mempertahankan keseimbangan antara
radikal bebas dengan antioksidan. Contoh lain dari adaptasi
yaitu prekondisi iskemik, suatu keadaan di mana episode
iskemia yang singkat dan berulang akan menyebabkan
miokardium lebih tahan terhadap episode iskemia
selanjutnya (23). .
Mekanisme prekondisi iskemik melibatkan stimulasi
reseptor bradikinin, adenosin, noradrenalin dan opioid yang
akan mengaktivasi protein kinase C (PKC) melalui G pro-
tein-coupled receptors, yang selanjutnya dapat menginisiasi
alur signal transduksi intraselular. PKC dapat mengaktivasi
tirosin kinase, yang selanjutnya dapat mengaktivasi mitogen
activated protein kinase (MAP kinase) menyebabkan ekspresi
protein stress oksidatif dan perlindungan kedua (second win-
dow). Selain itu, aktivasi tirosin kinase dapat menyebabkanGambar 8. Peran radikal bebas pada proses peroksidasi lipid,
14
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
terbukanya KATP
channel pada mitokondria dan sarkolema.
Efek KATP
channel sarkolema merupakan efek proteksi pada
prekondisi iskemik yang harus disertai dengan efek pada
KATP
channel mitokondrial. Beberapa penelitian
menunjukkan bahwa KATP
channel mitokondrial merupakan
true efector dalam memediasi efek proteksi pada prekondisi
iskemik (25).
Dengan terbukanya KATP channel pada sarkolema, durasi
aksi potensial miokardium dapat diperpendek sehingga
terjadi penurunan konsumsi energi dan kelebihan Ca2+ pada
miokardium selama iskemia, sedangkan efek terbukanya
KATP
channel pada mitokondria, melalui penurunan
membran potensial mitokondria, dapat menurunkan
kemampuan influks kalsium ke dalam mitokondria. Selain
itu, penurunan membran potensial mitokondria dapat
mengawali ikatan IF1 inhibitor endogen mitokondrial ATPase,
yang akan mencegah berkurangnya ATP selama iskemia
dan mencegah osmotic swelling. Hal tersebut dapat
melindungi miokardium selama iskemia-reperfusi (26).
Second window merupakan suatu keadaan di mana terjadi
peningkatan toleransi terhadap iskemia selama 24 jam atau
lebih setelah episode prekondisi iskemia yang dicetuskan
melalui pembentukan NO (22).
Stres oksidatif dapat mempengaruhi fungsi serebral dan
miokardium serta merusak sel neuron, glia dan miokardium
melalui beberapa mekanisme sebagai berikut :
1. Peningkatan peroksidasi lipid pada membran sel. Produk
oksidasi ini merupakan senyawa neurotoksik, misalnya
aldehid HNE, F2-isoprostan
2. Kerusakan oksidatif DNA , menyebabkan modifikasi dan
kehancuran susunan DNA dan menyebabkan aktivasi poli
(ADP-ribosa) sintetase
3. Kerusakan protein, menyebabkan perubahan
konformasi, polimerisasi dan fragmentasi protein.
4. Induksi apoptosis dan nekrosis (7,10).
Stress oksidatif juga mempengaruhi influks dan efluks
kalsium baik melalui oksidasi protein atau lipid membran
sel. Radikal bebas dapat merusak sarkolema (membran sel)
sehingga sel kehilangan permeabilitas selektifnya, gangguan
aktivitas Ca2+-ATPase dan Na+ / K+-ATPase. Hal tersebut
dapat meningkatkan influks Ca2+-transsarkolema. Peroksida
juga dapat merusak sistem pengambilan dan pelepasan
Ca2+ pada sarko(endo)plasma retikulum melalui oksidasi
gugus SH (sulfhidril) pada saluran transmembran serta
reseptor ryanodine dan IP3 yang akan mengubah homeosta-
sis Ca2+ dan terjadi proses uncoupling eksitasi-kontraksi pada
miokardium. Struktur lain yang dipengaruhi oleh ROS pada
miokardium adalah matriks kolagen (dengan konsekuensi
kehilangan energi mekanik pada proses coupling) dan pro-
tein kontraktil (dengan konsekuensi penurunan responsivitas
terhadap kalsium) (10,22,23). ROS juga dapat meningkatkan
permeabilitas membran mitokondrial yang menyebabkan
efluks kalsium dari mitokondria (15,24).
Peningkatan kadar Ca2+ menyebabkan membran blebbing
karena terjadi kerusakan pada sitoskeleton. Penurunan ATP
yang terjadi selama iskemia juga dapat memudahkan
terjadinya membran blebbing. Jika proses ini terus berlanjut,
akan menyebabkan rupture bleb, sel kehilangan gradien
ionnya dan akan mengalami kematian dan nekrosis (23).
NITRIC OXIDE (NO) PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL-MIOKARDIUM
Radikal bebas NO dihasilkan oleh tiga isoform Nitric Oxide
Synthase (NOS) yaitu neuronal NOS (nNOS), inducible NOS
(iNOS), dan endotelial NOS (eNOS). eNOS dan nNOS
merupakan enzim yang aktivitasnya tergantung pada kalsium
dan stimulasi terhadap enzim tersebut dapat menghasilkan
NO dalam jumlah kecil. iNOS adalah enzim yang tidak
tergantung pada kalsium dan diinduksi oleh sitokin yang akan
menghasilkan NO dalam jumlah besar (33).
15
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Peran NO pada iskemia serebral adalah kompleks. NO dapat
memberikan efek protektif atau merusak sel. Dalam keadaan
iskemia, NO yang dihasilkan oleh nNOS melalui aktivasi
Ca2+ dapat merusak sel-sel otak dan miokardium melalui
reaksi NO dengan superoksida menghasilkan peroksinitrit
yang sangat reaktif, sedangkan iNOS yang dihasilkan oleh
makrofag terlibat dalam proses inflamasi dan bersifat
sitotoksik yang menyebabkan kematian sel. Sebaliknya, NO
yang dihasilkan oleh aktivasi eNOS mempunyai efek protektif
menurunkan agregasi trombosit, mencegah adhesi lekosit
dan meningkatkan vasodilatasi pembuluh darah arteri dan
aliran darah serta mengatur kontraktilitas, coupling reseptor-
efektor pada miokardium. Produksi NO yang berlebihan
biasanya dihasilkan oleh iNOS (34,35,36,37).
Dalam keadaan normal, otak dan kardiak miosit dapat
menghasilkan NO yang berperan pada pengontrolan aliran
darah, perfusi jaringan, irama vaskular, trombogenesis dan
modulasi aktivitas neuronal (33,34).
Beberapa mediator yang dapat mengaktifkan eNOS yaitu
asetilkolin, substansi P, histamin, arginin vasopresin,
bradikinin, prostaglandin F dan reseptor endotelin. Aktivasi
eNOS menghasilkan peningkatan produksi NO di dalam sel
endotel. NO berdifusi keluar dari sel endotel ke dalam sel
otot polos di mana NO mengaktifkan GMP, dapat
menurunkan kadar Ca2+ intraselular, relaksasi sel otot,
vasodilatasi dan peningkatan aliran darah serebral.
Pelepasan NO juga dapat menurunkan agregasi dan
perlekatan trombosit dan lekosit serta menghambat Vascu-
lar Cell Adhesion Molecule-1 (VCAM-1) (11,37).
Pada tempat inflamasi akan dihasilkan iNOS dan seperti
halnya nNOS, NO yang dihasilkan oleh iNOS dapat bereaksi
dengan radikal superoksida membentuk peroksinitrit yang
kemudian bereaksi dengan protein menyebabkan
fragmentasi protein. Xu dkk menyatakan bahwa penurunan
glukosa dan oksigen dapat menginduksi ekspresi iNOS pada
sel endotel. Sementara itu, sejumlah besar NO yang
dihasilkan oleh iNOS dapat menyebabkan kematian sel
endotel melalui mekanisme apoptosis, selain itu juga
menyebabkan disfungsi sel endotel yang menghasilkan
disregulasi vaskular dan mempercepat iskemia (35).
Melalui pengukuran kadar metabolit NO di cairan otak (CSF)
Castillo dkk (34) menunjukkan bahwa pada stroke iskemik
akut, peningkatan kadar metabolit NO berkorelasi dengan
keparahan kerusakan sel-sel otak. Meskipun penurunan
aliran darah serebral pada daerah sentral (core) selama
iskemia merupakan faktor utama yang bertanggung jawab
terhadap kerusakan nekrotik, faktor lain yang juga terlibat
adalah derajat metabolik, densitas kapiler, eksitotoksisitas
asam amino dan mungkin perbedaan dari aktivitas NOS lokal.
Ashwal dkk (37) menunjukkan bahwa, aktivitas NOS yang
lebih besar di daerah sentral dapat menerangkan kerentanan
daerah itu terhadap iskemia, dan aktivitas NOS selama
iskemia-reperfusi serebral membutuhkan kofaktor lain.
Fang dkk menunjukkan bahwa iNOS diekspresikan pada
miokardium setelah infark miokard dan gagal jantung.
Peningkatan NO dari iNOS ikut terlibat dalam disfungsi
miokardium dan mortalitas setelah infark miokard pada tikus
(33).
Gambar 9. Tempat-tempat produksi NO
16
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Pada miokardium, walaupun tidak terjadi gangguan
hemodinamik akut , yang berhubungan dengan kadar tinggi
NO, tetapi kehilangan miosit masih tetap dapat terjadi melalui
peran NO dalam menginduksi stress oksidatif, pembentukan
peroksinitrit dan induksi apoptosis (33).
KALSIUM PADA ISKEMIA-REPERFUSISEREBRAL DAN MIOKARDIUM
Selama iskemia, dapat terjadi peningkatan eksitabilitas atau
depolarisasi persisten terhadap sel, yang akan menyebabkan
peningkatan abnormal kadar Ca2+ intraselular. Peningkatan
kadar Ca2+ ini dapat merusak sel melalui aktivasi protease,
lipase, endonuklease dan adanya pelepasan sitokin dan
faktor-faktor lain yang secara langsung maupun tidak
langsung dapat menyebabkan kerusakan dan kematian sel
(16)
Hipotesis yang menyatakan bahwa Ca2+ memiliki peran
terhadap sel iskemik, pada awalnya digunakan untuk
menerangkan hubungan antara peningkatan influks Ca2+
dengan kerusakan sel, yang terjadi pada iskemia miokardial
(24). Pada tahun 1977, Nicholson dkk menyatakan bahwa
anoksia dapat menyebabkan terjadinya translokasi Ca2+ dari
ekstrasel ke intrasel pada jaringan serebral dengan cepat.
Hal tersebut sesuai dengan hasil penelitian lain, sehingga
timbullah suatu hipotesis bahwa kalsium dapat memediasi
kerusakan neuronal pada keadaan iskemia/hipoksia,
hipoglikemia dan status epileptikus.
Apabila dihubungkan antara keadaan jaringan otak dengan
hipotesis yang menyatakan bahwa kalsium dapat memediasi
kerusakan sel, ditemukan beberapa keadaan khusus dari
otak, yaitu sawar darah otak memiliki permeabilitas yang
sangat rendah terhadap Ca2+, tetapi dapat terjadi translokasi
kalsium dalam sel dan cairan serebral ekstraselular, sehingga
timbul suatu dugaan bahwa neuron di otak memiliki sifat
kerentanan selektif terhadap iskemia, hipoglikemia dan
epilepsi sebab otak memiliki densitas yang tinggi terhadap
channel calcium pada membran plasmanya (24)
Kadar Ca2+ bebas intrasel dalam keadaan normal lebih
rendah dibandingkan kadarnya dalam cairan ekstraselular
dan sarko(endo) plasma retikulum, yaitu sekitar 10-7 M.
Kadar rendah Ca2+ dapat dipertahankan oleh sel tubuh
melalui berbagai sistem, yaitu :
1. Kalsium-ATPase membran plasma yang memompa
kalsium keluar sel. Pompa Ca2+-ATPase memerlukan
energi untuk menjalankan fungsinya. Energi ini berasal
dari proses hidrolisis ATP atau melalui hubungan antara
efluks Ca2+ dengan influks Na+ ke dalam sel. Selanjutnya
Na+ akan dipompa keluar sel oleh Na+ -K+ -ATPase
2. Penukar Na+/Ca2+ membran plasma yang akan
mengefluks kalsium dari sitoplasma sel kecuali jika
membran mengalami depolarisasi persisten maka fungsi
penukar Na+/Ca2+ akan mengalami perubahan yang
akan memompa kalsium ke dalam sel.
3. Pengambilan Ca2+ ke dalam lumen sarko(endo)plasmik
retikulum oleh pompa sarko(endo)plasmik retikulum-
ATPase
4. Pengambilan Ca2+ oleh mitokondria, yang berhubungan
langsung dengan penggunaan energi yang dihasilkan
oleh transport elektron. Sistem ini merupakan back up
yang hanya berfungsi jika terjadi peningkatan kadar Ca2+
intrasel.
5. Ikatan Ca2+ dengan protein, misalnya Calmodulin. Ikatan
Ca2+dengan Calmodulin menyebabkan perubahan
bentuk sehingga Calmodulin dapat berikatan dengan
protein lain dalam sel, termasuk Ca2+-ATPase pada
membran plasma dan protein kinase (16,23).
17
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Pada serebral, influks kalsium ke dalam neuron presinaptik
melalui VDCC (voltage dependent calcium channel)
disebabkan oleh depolarisasi membran. Selanjutnya terjadi
pelepasan glutamat dari neuron presinaptik melalui proses
eksositosis sebagai respon terhadap aksi potensial. Glutamat
tersebut akan berikatan dengan reseptornya pada neuron
postsinaptik, yaitu reseptor NMDA, KA/AMPA, quisqualate.
Ikatan glutamat dengan NMDA dapat menyebabkan influks
Ca2+ dan natrium ke dalam sel melalui salurannya masing-
masing. Influks kalsium ini dimodulasi oleh zink, glisin, ion
hidrogen dan reaksi oksidasi reduksi (11,16).
Gambar 10. Berbagai proses pengangkutan Ca2+ oleh sel
Ikatan glutamat dengan reseptor KA/AMPA dapat
menyebabkan influks natrium ke postsinaptik neuron
sehingga neuron mengalami depolarisasi yang
menyebabkan influks Ca2+ ke dalam sel melalui VDCC (16).
Aktivasi glutamat pada reseptor quisqualate akan
mengaktifkan protein G, menyebabkan modulasi aktivitas
reseptor NMDA dan KA/AMPA serta mengaktifkan hidrolisis
fosfolipid inositol dan pelepasan inositol trifosfat yang akan
berikatan dengan reseptor IP3 pada membran endoplasmik,
menyebabkan pelepasan Ca2+ yang disimpan dalam
membran endoplasmik dan kemungkinan dari mitokondria
(16)
Demikian pula yang terjadi pada miokardium, aksi potensial
pada T-tubulus menyebabkan membran plasma mengalami
depolarisasi sehingga terjadi influks Ca2+ ke dalam sel
melalui VDCC. Ca2+ ini akan berikatan dengan channel
pelepasan kalsium intraselular yang akan mencetuskan
pelepasan kalsium dari sarkoplasmik retikulum untuk proses
coupling eksitasi-kontraksi sedangkan pengambilan Ca2+ ke
dalam sarkoplasma retikulum oleh pompa sarkoplasma
retikulum kalsium akan berperan pada relaksasi miokardium
(13). Peran reseptor IP3 pada miokardium masih kurang
jelas. Pada miokardium, pelepasan Ca2+ lebih banyak
dipengaruhi oleh reseptor ryanodine (13). (Gambar 12).
Walaupun influks dan efluks kalsium ke mitokondria tidak
berperan dalam reaksi coupling eksitasi-kontraksi
miokardium tetapi mitokondria dapat mendapar Ca2+ sitosolik
dan melindungi miokardium akibat peningkatan kadar Ca2+
miokardium. Baik pada serebral maupun miokardium, influks
Ca2+ ke dalam mitokodria terjadi bila influks Ca2+ ke dalam
sel melebihi kemampuan penukar Na+/Ca2+ untuk
mengefluks Ca2+ ke ekstraselular dan terjadi peningkatan
kadar Ca2+ intramitokondrial sehingga Ca2+ akan diambil dan
disimpan dalam mitokondria (13).
Gambar 11. Efek peningkatan kadar glutamat pada neuron selamaiskemia serebral
18
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Aktivasi Ca2+ pada calmodulin akan menghasilkan NO karena
calmodulin banyak mengandung metionin yang mudah
dioksidasi oleh ROS (24)
Ca2+ juga dapat mengaktivasi fosfolipase A2 (PLA2), yang
selanjutnya mengaktivasi pembentukan platelet activating
factor (PAF). Aktivasi PLA2 menyebabkan produksi ROS sebab
asam arakidonat yang dihasilkan oleh PLA2 mengalami
metabolisme siklooksigenase (dan lipoksigenase) yang akan
menghasilkan berbagai produk degradasi serta radikal
superoksida (16,40).
Aktivasi Ca2+ terhadap fosfolipase, endonuklease dan pro-
tease akan mempengaruhi fosforilasi protein melalui
perubahan aktivitas protein kinase dan fosfatase yang akan
meningkatkan produksi ROS dan NO (24). Selain itu, pada
miokardium aktivitas Ca2+ terhadap protease dapat
menyebabkan disfungsi miokardium melalui penurunan
desmin, suatu protein filamen intermediet pada miosit (39)
Pengambilan Ca2+ ke dalam mitokondria terjadi apabila
kadar Ca2+ meningkat pada intramitokondrial. Selama
iskemia dapat terjadi akumulasi berlebihan Ca2+ dalam
mitokondria yang dapat mencetuskan MPT, produksi
senyawa oksigen reaktif dan kerusakan mitokondrial (24)
Pada keadaan iskemia, di mana terjadi kehilangan ATP, tidak
hanya neurotransmiter dan reseptornya saja yang
dipengaruhi oleh keadaan ini tetapi juga kadar Ca2+
intraselular. Peningkatan kadar Ca2+ intraselular disebabkan
gangguan pada fungsi pompa ATPase membran plasma,
pompa sarko(endo)plasma retikulum kalsium dan
perubahan fungsi penukar Na+/Ca2+ . Selain itu, kehilangan
ATP akan mempengaruhi mekanisme perpindahan
glutamat dari ekstraselular yang akan menyebabkan
peningkatan glutamat di ekstraselular karena penukar Na+/
glutamat mengalami perubahan fungsi sehingga terjadi
influks natrium dan efluks glutamat yang dapat menyebabkan
eksotoksisitas (16,24,38)
Kalsium yang mengalami peningkatan kadar selama iskemia
dapat mengaktivasi adenil siklase, NOS, calmodulin kinase
2 (CaM) dan protein kinase C (PKC) melalui aktivasi
calmodulin. Perubahan CaM dan PKC terjadi pada saat sel
mengalami iskemia. Fosforilasi faktor transkripsi CaM
menyebabkan perubahan pada ekspresi gen. Selain itu,
ekpresi gen dipengaruhi kalsium melalui cAMP respon ele-
ment (CRE) yang berikatan dengan protein (CREB).
Perubahan ekspresi gen oleh CREB dan CaM terlibat dalam
kematian sel akibat iskemia, termasuk induksi apoptosis (16).
Gambar 12. Peran influks Ca2+ pada proses coupling eksitasi-kontraksi miokardium
Gambar 13. Efek glutamat terhadap kerusakan sel melalui aktivasimessenger intraselular
19
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Pada miokardium, peningkatan kadar Ca2+ tidak dapat
dihubungkan dengan peningkatan tekanan sistolik atau
diastolik, karena pada keadaan ini justru tekanan sistolik dan
diastolik mengalami penurunan, yang menunjukkan bahwa
pada proses coupling eksitasi kontraksi terutama dipengaruhi
oleh kompleks kalsium dengan troponin C (21)
ANTIOKSIDAN SEBAGAI SUATU SISTEMPERLINDUNGAN TERHADAP ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Antioksidan merupakan suatu sistem perlindungan tubuh
terhadap aktivitas radikal bebas yang dihasilkan baik secara
endogen maupun eksogen, yang dimiliki setiap sel normal.
Pembentukan radikal bebas dan proses peroksidasi lipid
merupakan suatu faktor penting dalam patogenesis iskemia
serebral dan miokardium (48).
Penelitian menunjukkan bahwa peningkatan pembentukan
radikal bebas selama iskemia-reperfusi serebral atau
miokardium dapat diukur secara in vivo menggunakan
beberapa teknik pengukuran, seperti mikrodialisa, trapping
spin salisilat, resonansi elektron paramagnetik. Peningkatan
produk peroksidasi lipid dan penurunan kadar antioksidan
dalam otak dan miokardium selama iskemia-reperfusi
merupakan kejadian yang menyertai proses stress oksidatif
(23).
Banyaknya penelitian farmakologik menunjukkan bahwa
molekul antioksidan, seperti superoksida dismutase (SOD),
glutathione peroksidase, katalase, vitamin E dan C, akan
mengurangi kerusakan iskemia serebral dan miokardium
(40,45).
Antioksidan berfungsi dalam mempertahankan kadar opti-
mal oksigen intraselular secara konsisten. Kadar oksigen
dapat mempengaruhi proses auto-oksidasi, kebocoran
elektron pada reaksi rantai transport elektron mitokondrial
dan aktivitas monoamin oksidase. Penelitian menunjukkan
fungsi antioksidan (dimetilsulfoksida, salisilat dan L-sistein)
sebagai inhibitor saluran KATP. Antioksidan tersebut dapat
menghambat vasodilatasi arteriol serebral yang disebabkan
oleh H2O
2 dan ONOO- melalui pembukaan saluran K
ATP dan
tidak bertindak sebagai scavenger radikal hidroksil yang
dihasilkan dari reaksi H2O
2 dengan ONOO-. Aktivitas saluran
KATP
pada sel otot polos terutama mempengaruhi irama
vaskular. Saluran KATP adalah kompleks protein yang terdiri
dari subunit pore-forming dan reseptor sulfonilurea.
Kebanyakan antioksidan dapat berikatan dengan reseptor
sulfonilurea yang akan menghambat aktivasi saluran KATP(7,42).
Gambar 14. Mekanisme antioksidan terhadap aktivitas ROS padaberbagai tahap stress oksidatif
20
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Walaupun serebral dan miokardium dilindungi oleh
antioksidan endogen terhadap aktivitas radikal bebas tetapi
dalam keadaan tertentu senyawa tersebut tidak cukup karena
terjadi peningkatan stress oksidatif dan dalam hal ini
suplemen antioksidan dibutuhkan . Pada gambar 14
ditunjukkan berbagai interaksi dari berbagai mekanisme
antioksidan dengan ROS pada berbagai tahap stress
oksidatif (10). Beberapa sistem yang termasuk dalam
antioksidan pada serebral dan miokardium adalah enzim,
vitamin, protein pengikat logam dan pertahanan terhadap
sawar darah otak (7).
EnzimEnzim merupakan scavenger radikal bebas dan dapat
menguraikan H2O2 dan anion superoksida. Contohnya
adalah superoksida dismutase (SOD), glutation peroksidase
(GPx) dan katalase (6). CuZnSOD dan MnSOD merupakan
senyawa endogen utama pada reperfusi serebral,
sedangkan GPx merupakan enzim utama pada miokardium
untuk melindungi sel terhadap peroksidasi lipid (7.10,17).
SOD ditemukan di banyak jenis sel dan dapat mengubah
superoksida menjadi H2O
2 (2 O
2_ + 2 H H
2O
2 + O
2).
Kelompok ini meliputi MnSOD dalam mitokondria dan
CuZnSOD yang ditemukan di sitosol (6). Semua daerah di
otak dan miokardium mengandung CuZnSOD, MnSOD, dan
GPx. Penelitian menunjukkan pemberian CuZnSOD pada
serebral dapat menunda apoptosis dan kekurangan MnSOD
pada tikus dapat menyebabkan neurodegenerasi. Ion
mangan yang terdapat pada MnSOD berfungsi dalam
menghambat saluran kalsium dan aktivasi efek inducible
dan neuroprotektif SOD (7).
Pada miokardium, SOD dan katalase dapat menurunkan
ukuran infark, meningkatkan fungsi jantung dan fungsi regu-
lator sarkoplasma retikulum yang berhubungan dengan Ca2+/
calmodulin protein kinase. Selain itu, kombinasi SOD dengan
katalase dapat mencegah penurunan fungsi pompa Ca2+
sarkoplasma retikulum, penukar Na+/ Ca2+, dan aktivitas Na+-
K+-ATPase (8, 10).
Katalase yang terletak pada peroksisom dapat menguraikan
hidrogen peroksida menjadi oksigen dan air, sedangkan
glutation peroksidase (GPx) melindungi sel dengan
mengkatalisis pemecahan radikal bebas (H2O
2 + 2 GSH
GSSG). Rasio intrasel antara GSSG dengan GSH
menunjukkan keadaan oksidasi pada sel dan menunjukkan
kemampuan sel menghambat aktivitas ROS (6).
AskorbatAskorbat dapat berfungsi sebagai antioksidan jika tidak
terdapat ion logam katalitik transisi karena senyawa kompleks
askorbat-besi dan askorbat-tembaga dapat menghasilkan
radikal bebas. Jika terjadi peningkatan kadar besi dan
tembaga akibat kerusakan di otak maka pemberian askorbat
tanpa senyawa pengikat besi atau tembaga dapat
menstimulasi kerusakan otak (7).
Askorbat sebagai antioksidan merupakan inhibitor
pembentukan radikal bebas dan scavenger radikal bebas.
Penelitian menunjukkan bahwa efek pencegahan askorbat
terhadap stroke melalui penurunan tekanan darah, sebab
pada kelompok penderita stroke kadar askorbat ditemukan
berhubungan terbalik dengan tekanan darah serta
peningkatan tekanan darah akan meningkatkan risiko
terhadap stroke hemoragik dan infark serebral (41).
Penelitian juga menunjukkan bahwa askorbat dapat
merangsang produksi prostasiklin endotel, yang menurunkan
irama vaskular dan menghambat agregasi trombosit (46).
Hipotesis lain menyatakan bahwa askorbat sebenarnya tidak
memiliki efek langsung terhadap stroke tetapi merupakan
penanda biokimia untuk faktor pencegah yang lain atau
menunjukkan kondisi tubuh dalam keadaan sehat, yang
mampu menstimulasi penurunan risiko infark serebral dan
stroke hemoragik. Kadar askorbat dapat merupakan
penanda asupan nutrien lain terutama buah-buahan dan
sayuran seperti magnesium, kalsium, serat dan karoten dan
nutrien yang dapat mencegah stroke (46).
21
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Penelitian oleh NHANES I (National Health and Nutrition
Examination Survey) menunjukkan bahwa asupan vitamin
C dosis tinggi dapat menurunkan risiko terhadap kematian
terutama yang disebabkan oleh penyakit jantung koroner (49).
Antioksidan pemecah reaksi rantai radikal bebasAntioksidan pemecah reaksi rantai seperti vitamin E dan
ubiquinol merupakan senyawa penting di otak dan
miokardium, yang berfungsi untuk menurunkan agregasi
trombosit, menghambat oksidasi asam lemak tak jenuh
ganda di membran sel dan menghambat pembentukan NO
(18,48,50). Penelitian menunjukkan bahwa kekurangan a-
tokoferol dapat terjadi pada penderita sindrom malabsorpsi
lemak dan menyebabkan kerusakan neuron (7).
CHAOS (Cambridge Heart Antioxidant Study) menyatakan
bahwa pemberian vitamin E dalam dosis tinggi yaitu 400
dan 800 IU/hari dapat menurunkan risiko infark miokard dan
kematian akibat penyakit kardiovaskular pada penderita
iskemia miokardium (49,50). Pemberian vitamin E dosis
tinggi dalam jangka waktu yang lama merupakan antioksidan
larut lemak utama terhadap reperfusi miokardium (17).
Protein protektif lain dan protein pengikat logamPenelitian menunjukkan ekspresi gen caeruloplasmin pada
astrosit tikus dan penderita yang mengalami
acaeruloplasminemia berhubungan dengan degenerasi
retina dan ganglia basal. Haptoglobin dapat berikatan dengan
haemoglobin yang dilepaskan dalam CSF. Otak juga
mengandung metallothionein (MT) dan isoform MT III
terutama di hipotalamus, yang berfungsi mengatur
metabolisme tembaga. Sistem tiol dapat melindungi otak
terhadap kerusakan oleh radikal tiil dan dapat mengikat ion
Fe2+ (7).
Selain itu, pemberian deferoxamin pada penderita thalas-
semia akan menurunkan risiko penyakit jantung dan diabe-
tes melitus. Deferoxamin merupakan khelat besi yang
berperan sebagai scavenger radikal bebas hidroksil pada
hewan atau radikal superoksida pada manusia, demikian
pula dengan ceruloplasmin selain sebagai scavenger radikal
bebas juga dapat mengikat besi dan mengkatalisis oksidasi
Fe2+ menjadi Fe3+ (10).
b-karoten (vitamin A)b-karoten adalah antioksidan yang larut lemak yang dapat
melindungi membran sel terhadap stress oksidatif. Dalam
tubuh, b-karoten diangkut oleh protein retinol, yang disintesis
oleh hati dan memiliki waktu paruh yang pendek. Kadar pro-
tein retinol akan menurun selama respon fase akut jaringan
dan hal ini menunjukkan bahwa pada keadaan fasa
hiperakut stroke akan terjadi penurunan b-karotene.
Penelitian yang selama ini dilakukan terhadap b-karotene
menunjukkan bahwa b-karotene dapat memiliki efek protektif
terhadap stress oksidatif, dan tidak menunjukkan efek apapun
atau memiliki efek berbahaya pada reperfusi serebral
maupun miokardium (41,43,49,51).
Pertahanan terhadap sawar otak darahAspek lain yang diduga dapat mempertahankan fungsi nor-
mal otak adalah resistensi sel endotel kapiler yang
merupakan sawar darah otak terhadap stress oksidatif (7).
Penelitian juga menunjukkan adanya senyawa antioksidan
generasi baru yaitu U101033E, suatu pyrrolopyrimidin yang
dapat meningkatkan kemampuan penetrasi sawar darah otak
dan merupakan inhibitor kuat terhadap besi (47).
22
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
DAFTAR PUSTAKA1. Damjanov I. The Nervous System. In Pathology for the Health
Related Profession, Damjanov , Philadelphia : Saunders. 2000,2rd ed, p 487-489.
2. Sacco R L, Toni D, Mohr. Classification of Ischemic Stroke. InStroke, Pathophysiology, Diagnosis, and Management, BarnettH J M, Mohr JP, Stein B M, Yatsu F M . Philadelphia : ChurchillLivingstone, 1998, 3th ed, p 341-351
3. Rubin E. Farber J. Cell Injury. In Essential Pathology, Rubin E.Philadelphia : Lippincott Williamsand Wilkins. 2001; 3th ed. p 4-16.
4. Nolte J. Blood Supply of the Brain. In The Human Brain. Nolte J.St Louis : Mosby Year Book. 1990; 4th ed. p 132.
5. Girolami, Anthony, Frosch. The Central Nervous System in Patho-logic Basis of Disease.In Pathologic Basis of Disease. Cotran,Kumar, Collins. Philadelphia : Saunders. 1999. 6th ed. p 1306-1310.
6. Cotran, Kumar and Colkins. Cellular Pathology I : Cell Injury andCell Death. In Pathologic Basis of Disease , Cotran, Kumar andColkins. Philadelphia : Saunders Co. 1999; 7th ed. p 1 14.
7. Halliwell B and Gutteridge J M C. Free radicals, other reactivespecies and disease. In Free Radicals in Biology and Medicine,Halliwell B and Gutteridge J M C, New York : Oxford University,1999; 3th ed . p 721-736.
8. Halliwell B and Gutteridge J M C. Free radicals, other reactivespecies and disease. In Free Radicals in Biology and Medicine,Halliwell B and Gutteridge J M C, New York : Oxford University,1999; 3th ed .p 645-661.
9. Underwood. Ischaemia, infarction and shock. In General andSystematic Pathology. Underwood. London : Churchill Livingstone.2000: 3th ed. p 150-162.
10. Dhalla, Temsah, Netticadan. Role of oxidative stress in cardio-vascular diseases. Journal of Hypertension. 2000 ; 18:655-673
11. Ransom B, Waxman S, Fern R. Molecular Pathophysiology ofWhite Matter Anoxic/Ischemic Injury. In Stroke, Pathophysiology,Diagnosis, and Management. Barnett H J M, Mohr JP, Stein B M,Yatsu F M. Philadelphia : Churchill Livingstone, 1998, 3th ed. p51-83
12. Stanley. Cardiac energetics during ischaemia and the rationalefor metabolic interventions. Coronary Artery Disease. 2001;12:S3-S7
13. Katz. Myoxcyte structure and function. In Textbook of cardiovas-cular medicine. Topol. Philadelphia : Lipincott Raven. 1998. p2452-2461
14. Lilly S L. Basic Cardiac structure and function. In Pathophysiologyof Heart Disease. Lilly S L. Philadelphia : Lea Febiger,1993. p9-17
15. Vander, Sherman, Luciano. Circulation in Human Physiology. InHuman Physiology , Vander, Sherman, Luciano. New York :Graw-Hill Book, 2001, 8th ed. p 394-395
16. Sharp, Swanson, Honkaniemi, Kogure, Massa. Neurochemistryand Molecular Biology. In Stroke, Pathophysiology, Diagnosis,and Management. Barnett H J M, Mohr JP, Stein B M, Yatsu F M.Philadelphia : Churchill Livingstone,1998, 3th ed, p 51-83
KESIMPULAN
Penurunan suplai darah pada serebral maupun miokardium
akibat aterosklerosis, trombosis atau gangguan vaskular
lainnya diketahui dapat menginduksi iskemia serebral dan
miokardium.
Walaupun reperfusi yang dilakukan terhadap jaringan
tersebut merupakan hal yang penting untuk mencegah
kerusakan serebral maupun miokardium lebih lanjut, tetapi
banyak penelitian menunjukkan bahwa reperfusi memiliki
efek yang merugikan akibat pembentukan senyawa radikal
bebas, terutama pada iskemia dengan durasi yang lebih
lama.
Ketidak seimbangan antara pembentukan radikal bebas
dengan penurunan antioksidan dalam tubuh selama
iskemia-reperfusi serebral atau miokardium akan
menyebabkan terjadinya stress oksidatif, yang ditunjukkan
dengan penurunan status antioksidan total (SAT). Efek
merusak dari stress oksidatif disertai dengan peningkatan
kadar kalsium dapat merusak membran sel,
endo(sarko)plasma retikulum, mitokondria dan nukleus.
Banyak penelitian menunjukan bahwa antioksidan memiliki
efek protektif terhadap stress oksidatif melalui mekanismenya
masing-masing, dan pandangan baru tentang peran ROS
pada patogenesis iskemia-reperfusi serebral maupun
miokardium akan membuka kemungkinan terapi dengan
antioksidan pada penderita dengan penurunan status
antioksidan total.
23
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
17. Verma et al. Fundamentals of Reperfusion Injury for the ClinicalCardiologist. Circulation. 2002; 105: 2332-2336
18. Lilly S Leonard. Acute Myocardial Infarction. In Pathophysiologyof Heart Disease. Lilly S L. Philadelphia : Lea Febiger,1993, p116-117
19. Fields , Kusumoto FM. Cardiomyopathies . In CardiovascularPathophysiology. Madison, Connecticut : Fence Creek Pub, 1999,1st ed, p 23-25
20. Boudoulas H, Gravanis B Michael. Ischemic Heart Disease . InCardiovascular Disorders Pathogenesis and Pathophysiology, StLouis : Mosby, 1993, p 20-47
21. Morgan P J, Review Article : Mechanisms of Disease : AbnormalIntracellular Modulation of Calcium as a Major Cause of CardiacContractile Dysfunction. N Engl J Med. 1991; 325 : 625-632
22. Kloner et al. Medical and Cellular Implications of Stunning, Hiber-nation, and Preconditioning. Circulation. 1998; 97:1848-1867
23. Halliwell B and Gutteridge J M C. Oxidative stress : adaptation,damage, repair and death. In Free Radicals in Biology and Medi-cine, Halliwell B and Gutteridge J M C, New York : Oxford Univer-sity, 1999; 3th ed : 246-257.
24. Kristian T, Siesjo B K. Calcium in Ischemic Cell Death. Stroke.1998; 29: 705-718.
25. Ghosh S, Standen N, Galinanes. Evidence for mitochondrial KATP
channels as effectors of human myocardial preconditioning.Cardiovasc Res. 2000 ; 45 : 934-940.
26. Liu Y, Sato T, Rourke. Marban E. Mitochondrial ATP-DependentPotassium Channels. Novel Effectors of Cardioprotection ? Circu-lation.1998 ; 97 : 2463-2469
27. Przyklenk K. Pharmacologic treatment of the stunned myocardium: the concepts and the challenges. Coronary Artery Disease. 2001; 12 : 363-369
28. Ferrari . Left Ventricular Dysfunction After Myocardial Infarction :Stunning, Hibernation and Remodeling. Medicographia. 1996;18 : 58-61
29. Canty J, Fallavollita. Lessons from experimental models of hiber-nating mycardium. Coronary Artery Disease. 2001; 12: 371-380
30. A Robert, Kloner, B Robert, Jennings. Consequences of BriefIschemia : Stunning, Preconditioning, and Their Clinical Implica-tions part 1. Circulation. 2001; 104: 2981-2989
31. A Robert, Kloner, B Robert, Jennings. Consequences of BriefIschemia : Stunning, Preconditioning, and Their Clinical Implica-tions part 2. Circulation. 2001; 104: 2981-2989
32. Ambrosio G, Tritto I. Clinical manifestations of myocardial stunning.Coronary Artery Disease. 2001 ; 12 : 357-361
33. Paulus W, Frantz S. Kelly R. Nitric Oxide and Cardiac Contractilityin Human Heart Failure. Circulation. 2001; 104: 2260-2262
34. Castillo J, Rama R, Davalos A. Nitric Oxide-Related Brain Dam-age in Acute Ischemic Stroke. Stroke. 2000;31:852-857.
35. Xu J, He L, et al. Oxygen-Glucose Deprivation Induces InducibleNitric Oxide Synthase and Nitrotyrosine Expression in CerebralEndothelial Cells. Stroke. 2000; 31:1744-1751.
36. Nanri K, Montecot C, Springhetti V, Seylaz J, Pinard E. The Se-lective Inhibitor of Neuronal Nitric Oxide Synthase, 7-Nitroindazole,Reduces the Delayed Neuronal Damage Due to Forebrain Is-
chemia in Rats. Stroke. 1998; 29:1284-1254.37. Ashwal S, Tone B, Tian H R, Cole D J, Pearce W J. Core and
Penumbral Nitric Oxide Synthase Activity During Cerebral Is-chemia and Reperfusion. Stroke. 1998; 29: 1037-1047.
38. Gravanis B Michael. Calcium Ion and . In Cardiovascular Disor-ders Pathogenesis and Pathophysiology, St Louis : Mosby, 1993,p 492-500
39. Rappaport. Ischemia-reperfusion associated myocardial contrac-tile dysfunction may depend on Ca2+-activated cytoskeleton pro-tein degradation. Cardiovasc Res. 2000 ; 45 : 810-812
40. Veirmen G, et al. Review article : Reperfusion injury after focalmyocardial ischaemia : polymorphonuclear leukocyte activationand its clinical implications. Resuscitation. 2000; 45 : 35 61
41. Hirvonen T, Virtamo J, Korhonen P, Albanes D, Pietinen P. Intakeof Flavonoids, Caretenoids, Vitamin C and E, and Risk of Stroke inMale Smokers. Stroke. 2000;31: 2301-2306.
42. Wei E P, Kontos H A, Beckman J S. Antioxidants Inhibit ATP-Sensitive Potassium Channels in Cerebral Arterioles. Stroke.1998;29: 817-823.
43. Cherubini A, et al. Antioxidant Profile and Early Outcome in StrokePatient. Stroke. 2000;31: 2295-2300.
44. Bidmon H J, Kato K, Schleicher A, Witte O W, Zilles K. TransientIncrease of Manganese-Superoxide Dismutase in Remote BrainAreas After Focal Photothrombotic Cortical Lesion. Stroke. 1998;29: 203-211.
45. Leinonen J, et al. Low Plasma Antioxidant Activity Is AssociatedWith High Lesion Volume and Neurological Impairment in Stroke.Stroke.2000;31: 33-39.
46. Yokoyama T, Date C, Kokubo Y, Yoshiike N, Matsumura Y, TanakaH. Serum Vitamin C Concentration Was Inversely Associated WithSubsequent 20-Year Incidence of Stroke in a Japanese RuralCommunity. Stroke. 2000;31 ; 2287-2294.
47. Soehle M, Heimann A, Kempski O. Postischemic Application ofLipid Peroxidation Inhibitor U-101033E Reduces Neuronal Dam-age After Global Cerebral Ischemia in Rats. Stroke. 1998;29:1240-1247.
48. Worp H B, Bar P R, Kappelle L J, Wildt D J. Dietary Vitamin ELevels Affect Outcome of Permanent Focal Cerebral Ischemia inRats. Stroke.1998;29:1002-1006.
49. Tribble D. Antioxidant Consumption and Risk of Coronary HeartDisease : Emphasis on Vitamin C, Vitamin E, b-Carotene. Circu-lation. 1999 ; 99 : 591-595.
50. Stephens N, et al. Randomised controlled trial of vitamin E inpatients with coronary disease : Cambridge Heart AntioxidantStudy (CHAOS). Lancet. 1996; 347 : 781 786
51. Hennekens C, et al. Lack of Effect of Long-term Supplementationwith Beta Carotene on the incidence of Malignant Neoplasmasand Cardiovascular Disease. N Engl J Med. 1996; 334: 1145 -1149
24
PERAN RADIKAL BEBAS PADA ISKEMIA-REPERFUSI SEREBRAL ATAU MIOKARDIUM
Certificate Number: 403247
ForumDiagnosticumISSN 0854-7173
Redaksi KehormatanProf. DR.Dr. Marsetio Donosepoetro, Drs. Andi WijayaProf. DR.Dr. FX Budhianto Suhadi, DR.Dr. Irwan Setiabudi
Ketua Dewan Redaksi/Penanggung JawabDra. Marita Kaniawati
Anggota Dewan RedaksiDra. Dewi Muliaty, Dra. Ampi RetnowardaniDra. Evy Liswati, Dra. Indriyanti RSDra. Lies GantiniFaliawati Moeliandari S.Si.
Alamat RedaksiLaboratorium Klinik ProdiaJl.Wastukencana 38, Bandung 40116Telepon: (022) 4202011, 4219392, 4219394, Fax : (022) 4236461e-mail: [email protected]: www.prodia.co.id