Pengaruh asap rokok terhadap SOD, GSH, GPx, MMP-8 dan MMP
advertisement
JONI ANWAR “…COPD is preventable and treatable disease with some significant extrapulmonary effects that may contribute to the severity in individual patients. Its pulmonary component is characterized by airflow limitation that is not fully reversible. The airflow limitation is usually progressive and associated with abnormal inflammatory response of the lungs to noxious particles or gases.” GOLD guidelines, 2009 COPD is a common, preventable and treatable disease that is characterized by persisten respiratory symptoms and airflow limitation that is due to airway and / or alveolar abnormalities usually caused by significantexposure to noxious particle and gases Emfisema pelebaran abnormal ruang udara distal bronkiolus terminalis tanpa fibrosis yg nyata Bronkitis kronik Keadaan yang ditandai batuk > 3 bulan dalam 1 tahun selama 2 tahun berturut-turut 1990 2020 Ischemic heart disease Cerebrovascular disease 1 2 1 2 COPD 6 3 3 10 9 7 14 4 5 6 7 8 Lower respiratory infection Lung cancer Road traffic accidents Tuberculosis Stomach cancer WHO Global Burden of Disease study Penyebab morbiditi dan mortaliti Beban biaya 3x penyakit Asma Prediksi 2020 (WHO) : - Morbiditi dari ke-12 ke-5 - Mortaliti dari ke-6 ke-3 23.9 billion US dollar (1993) 42.6 billion US dollar (2007) 90% PPOK (std I – II) 63% tidak terdiagnosis termasuk 44% PPOK dengan FEV1 <50% (Mannino, 2001) Host factors Amplifying mechanisms Cigarette smoke INFLAMMATION Biomass particles Particulates Small airway disease Airway inflammation Airway remodeling Parenchymal destruction Loss of alveolar attachments Decrease of elastic recoil AIRFLOW LIMITATION GOLD guidelines, 2009 Inflamasi paru Meningkatnya beban oksidan Gangguan keseimbangan protease-antiprotease (Rahman dkk, 1999) Asap rokok indoor pollution occupational exposure outdoor air pollution genetik age and gender lung growth and development sosial ekonomi infeksi sesak napas batuk kronik produksi sputum kronik infeksi saluran napas bawah berulang riwayat faktor risiko riwayat COPD pd keluarga Asma bronkiale CHF Bronkiektasis Tuberkulosis Bronkiolitis obliteratif Panbronkiolitis difus FEV1 (% predicted) GOLD 1 GOLD 2 GOLD 3 GOLD 4 >= 80% 50 - 79 % 30 - 49% < 30% Modified British Medical Research Council (mMMRC ) :1 - 4 COPD Assessment Test (CAT) Assesment 0 - 40 (batuk, mukus, dll) 0 or 1 >= 1 masuk RS or >= 2 A ( 0-1, mMRC 0-1 or CAT <10 ) B (0-1, mMRC >=2 or CAT >10 ) C ( >= 1 or 2, mMRC 0-1 or CAT < 10 ) D ( >= 1 or 2, mMRC>=2 or CAT >10 ) Asap rokok mengandung (Pryor & Stone) : Fase gas - 1015 RB/puff peroksil, alkil radikal - 400-1000 ppm nitrit oksida (NO) yang cepat bereaksi dengan O2 Fase Tar 1018/g (radikal hidroksil &hidrogen peroksidase) semiquinon radikal, Metal chelator Radikal bebas Spesies oksigen reaktif (ROS) Spesies nitrogen reaktif (RNS) Peroksi nitrit (ROS dengan RNS) Dampak merugikan Terhadap dinding sel Terhadap intrasel Terhadap inti sel Permukaan sangat luas (140 m2) Sering terpapar radikal bebas (RB) Sangat rentan thd radikal bebas : - Asap rokok - Polusi udara - Infeksi Merusak dinding sel (peroksidasi lipid) : pospolipid, glikolipid, kolesterol Menghasilkan : Malon dialdehid (MDA), Alkana (etana, pentana) Alkena (9-hidroksi nonenal) F2-isoprostane Kerusakan pada protein gugus sulfidril Membentuk ikatan disulfida (-S-S-) Membentuk ikatan intra dan antar molekul inaktivasi fungsi protein (enzim) Hidroksilasi thd basa timin, sitosin dan guanosin Pembukaan inti purin Terputusnya rantai fosfodiester Mutasi menyebabkan kanker Dampak Menguntungkan : Mengatur tonus vaskular Meningkatkan hantaran sinyal Angiogenesis Mekanisme pertahanan Imunomodulasi Oksidan perlu untuk kehidupan Antioksidan menetralisir radikal bebas Peningkatan oksidan penurunan antioksidan stres oksidatif Antioksidan intrasel Antioksidan membran sel Antioksidan ekstrasel Antioksidan intrasel Antioksidan membran sel Antioksidan ekstrasel Katalase Superoksid dismutase Glutation peroksidase Vitamin E Beta karoten Ko-enzim Q Protein Bilirubin, vit C, as. urat Sistem glutation Superoksid dismutase (SOD) Glutation peroksidase (GPx) Glutation (GSH) Jumlah kurang dari 1% Survival dipengaruhi GM-CSF & G-CSF Berperan dlm destruksi sal. napas Sekresi : - Netrofil elastase - Catepsin - Proteinase-3 - MMP-8 & MMP-9 Penting dlm patofisiologi PPOK Meningkat 2 – 5 kali perokok Emfisema 25 kali perokok normal Sekresi enzim elastolitik MMP-2 MMP-9 elastolitik dominan MMP-12 Cathepsin Integritas jaringan protein & polisakarida Mengandung serat protein Makromolekul Kolagen Proteoglikan Elastin Fibronektin laminin Protein polimerik Elastisitas paru Serat-serat monomer tropoelastin salingberikatan silang Dapat meregang & mengkerut Patensi & kelenturan dinding alveolus Pemeriksaan rutin faal paru darah rutin pemeriksaan radiologi rutin Pemeriksaan khusus uji latih, provokasi bronkus, uji kortikosteroid, AGD, CT Scan toraks, EKG, Ekhokardiografi, Bakteriologi, kadar AAT Sputum induksi. hiperinflasi hiperlusensi pelebaran ruang retrosternal diafragma mendatar jantung seperti menggantung (tear drop) 1980 deteksi & diagnosis Emfisema perubahan densitas paru inspirasi Maksimal densitas paru -750 s/d -850 HU Emfisema densitas paru > -850 HU (Amin, 1982) densitas paru > -869 HU (Anwar, 2012) CT-scan Perokok dengan PPOK (emfisema) Perokok tanpa PPOK Rerata -906.83 -805.58 Std. deviasi 22.96 29.73 Total 18 19 p 0.000 Perbedaan bermakna densitas jaringan paru pada perokok dengan emfisema dibandingkan perokok tanpa emfisema. 1. Elastase - Antielastase 2. Oksidan - Antioksidan 3. Protease - antiprotease 4. inflamasi Oksidan merusak anti-elastase AAT SLPI TIMP Oksidan perlu utk kehidupan Antioksidan menetralisir oksidan Oksidan meningkat penurunan antioksidan stres oksidatif Superoksid dismutase (SOD) Katalase Glutation GSH GPx Superoksid dismutase (SOD) Katalase Glutation Reduced gluthation (GSH) Gluthation Peroksida (GPx) Dinyatakan dgn indeks Brinkman (IB) yaitu perkalian Σ rerata batang rokok setiap hari dengan lama merokok dalam tahun - Perokok ringan : IB < 200 - Perokok sedang : IB 200 -600 - Perokok berat : IB > 600 Menetralisir O2.Bukan antioksidan sesungguhnya Menghasilkan H2O2 RB (lebih kuat) H2O2 dinetralisir H2O Detoksifikasi : Hidrogen peroksida (H2O2) lipid peroksida peroksida lain 2 GSH---------------------------------GSSG NADP NADPH Kadar pada cairan epitelial 100 X plasma Detoksifikasi Kadar dalam cairan epitelial 100 x lebih tinggi dibandingkan plasma Mengandung (γglu-cys-gly) Antioksidan pencegah mencegah terbentuknya radikal hidroksil yang sangat berbahaya Antioksidan pemutus rantai Vit E, vit C, Glutation & Sistein Gangguan keseimbangan protease - antiprotease Memecahkan ikatan I-kB dgn NF-kB NF-kB nukleus faktor inflamasi Rekruitmen netrofil & makrofag produksi MMP (MMP-8, MMP-9) MMP-8, MMP-9 merusak MES LAMA MEROKOK (thn) 15 - 20 > 20 TOTAL KASUS PEROKOK DENGAN PPOK (%) PEROKOK TANPA PPOK (%) 1(5.6) 1(5.3) 2(5.4) 17(94.4 18(94.7) 35(95.0) 18(100) 19(100) 37(100) TOTAL SOD PEROKOK DENGAN PPOK PEROKOK TANPA PPOK p RERATA 0.084 0.018 ST. DEVIASI 0.151 0.032 18 19 TOTAL 0.148 TERDAPAT PENINGKATAN RERATA AKTIVITAS SOD PADA PEROKOK DGN PPOK DIBANDINGKAN TANPA PPOK DENGAN NILAI SIGNIFIKANSI 0.148. DITEMUKAN PERBEDAAN TIDAK BERMAKNA (p>0.05) KADAR GSH RERATA ST. DEVIASI TOTAL KASUS PEROKOK DENGAN PPOK PEROKOK TANPA PPOK p 12.37 16.28 4.10 9.47 18 19 0.680 Terdapat penurunan aktivitas GSH pada perokok denganPPOK dibandingkan perokok tanpa PPOK dengan nilai signifikansi 0.680 Ditemukan perbedaan tidak bermakna (p>0.05) Peningkatan permeabilitas segera setelah merokok Meningkatnya akses protease ke interstitial paru AKTIVITAS GPx PEROKOK DENGAN PPOK PEROKOK TANPA PPOK p RERATA 16.50 19.79 ST. DEVIASI 12.87 23.16 18 19 TOTAL KASUS 0.715 Didapatkan penurunan rerata aktivitas GPx pada perokok dengan Emfisema dibandingkan pada perokok tanpa Emfisema dengan nilai signifikansi 0.715 Ditemukan perbedaan tidak bermakna (p>0.05) Diproduksi oleh Sel epitelial Makrofag alveolar MMP-8 RERATA ST. DEVIASI TOTAL PEROKOK DENGAN PPOK PEROKOK TANPA PPOK 1058.08 481.28 481.28 283.85 18 19 p 0.000 Didapatkan peningkatan rerata aktivitas MMP-8 pada perokok dengan PPOK dibandingkan perokok tanpa PPOK dengan nilai signifikansi 0.000 Ditemukan perbedaan bermakna (p<0.05) pada kedua kelompok MMP-9 PEROKOK DENGAN PPOK PEROKOK TANPA PPOK p RERATA 2080.47 749.42 ST. DEVIASI 1712.94 331.64 18 19 TOTAL KASUS 0.002 Didapatkan peningkatan rerata aktivitas MMP-9 pada perokok dengan PPOK dibandingkan pada perokok tanpa PPOK dengan nilai signifikansi 0.002 Ditemukan perbedaan bermakna (p<0.05) Sangat tergantung pada teknik manuver (the most effort dependent activities) VEP1 menentukan derajat PPOK Perokok dengan PPOK penurunan VEP1 lebih cepat dibandingkan perokok tanpa PPOK Penggunaan VEP1/KVP pada PPOK ringan penderita yg lebih tua (overdiagnosis) Peningkatan aktivitas SOD (0.084 ± 0.151 vs 0.018 ± 0.032) U/ml (p>0.05) Kluchova dkk, 2007 PPOK sedang vs PPOK berat (997.45 ±34.6 vs 1039 ±20.8) u/gr Hb Large airway Alveolar septa Modulating inflamatory respons to large number of inhaled particle Maintain an antiinflamatory environment this region (Fattman dkk, 2000) PENINGKATAN AKTIVITAS (p >0.05) TIDAK ADA PENELITIAN PEMBANDING PENINGKATAN PRODUKSI H2O2 (OKSIDAN LEBIH KUAT) H2O2 AKAN DINETRALISIR KATALASE SISTEM GLUTATION (GPx DAN GSH) Mayor enzyme in arteriol Abandont in the lung Matrix of vessel Airways Septa alveolar Penggunaan oksigen menghasilkan 4-5% RB (Hermawan, 2011) Peningkatan H2O2 dapat merusak Dinding sel Sitosol DNA Peningkatan penggunaan GPx dan GSH Pada penelitian ini penurunan kadar GSH Perokok dengan PPOK (emfisema) vs tanpa PPOK ( 12.37 ± 4.10 vs 16.28 ± 9.47 ) µM (p>0.05) Perokok kronik vs PPOK (0.3 ± 0.02 vs 0.39 ± 0.04) µM rahman dkk, 1999 PENURUNAN KADAR GSH (p>0.05) AKIBAT PEMAKAIAN BERLEBIHAN MENINGKATNYA H2O2 PENINGKATAN KERUSAKAN OKSIDATIF MENINGKATNYA MAKROFAG DAN NETROFIL MENINGKATNYA MMP-8 DAN MMP-9 KEMATIAN SEL Menurun pada perokok akut Kadar GSH perokok kronik hampir sama dengan perokok dengan PPOK Meningkat pada perokok kronik perubahan ekspresi gen γ–GCS pada paru Rahman dkk, 1999 Perokok akut terjadi penurunan GSH (19.44 ± 3.53 vs 17.38 ± 2.61) µM Cavarra dkk, 2001 Penurunan aktivitas GPx (16.50 ± 12.57 vs 19.80 ± 23,16) U/L (p>0.05) Kluchova dkk, 2007 aktivitas GPx PPOK sedang vs PPOK berat ( 47.7 ±2.9 vs 43.1 ± 01) (P<0.05) H2O2 tidak bisa diubah menjadi H2O penumpukan H2O2 PENURUNAN AKTIVITAS GPx (p<0.05) AKIBAT PEMAKAIAN BERLEBIHAN PENINGKATAN JUMLAH RB (H2O2 ) MENINGKATNYA KERUSAKAN OKSIDATIF MENINGKATNYA MAKROFAG DAN NETROFIL PENINGKATAN AKTIVITAS MMP-8 DAN MMP-9 ↓ bermakna GPx pada PPOK eksaserbasi akut Trachova dkk, 2007 Matrix metalloproteinase 8 (MMP-8) /Kolagenase Netrofil diproduksi oleh : kondrosit, sel endotel, fibroblast pada sinovial, berbagai sel kanker Matrix metalloproteinase 9 (MMP-9) /Gelatinase B. diproduksi oleh : makrofag, sel netrofil dan eosinofil Perokok dengan emfisema vs perokok tanpa emfisema (1024.86 ± 489.35 vs 481.28 ± 283.85) ng/ml (p<0.05) Anwar,2012 PENINGKATAN BERMAKNA MMP-8 VERNOOY DKK. 2004 -> PENINGKATAN BERMAKNA MMP-8 MERUSAK ELASTIN KOLAGEN Proteolitik Peran penting pada PPOK Berperan pada emfisema - manusia - hewan Itoi dkk, 2005 DIPRODUKSI OLEH : SEL KHONDROSIT SEL ENDOTEL FIBROBLAST SEL KANKER Terdapat penurunan densitas paru pada emfisema ( > -850 HU ) Penurunan kadar antioksidan GSH dan GPx dan peningkatan kadar SOD Peningkatan aktivitas MMP-8 dan MMP-9 menyebabkan kerusakan elastin dan kolagen Kerusakan elastin menyebabkan paru kehilangan elastisitasnya ( loss of elasticity )