5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Ginjal

Ginjal adalah salah satu organ yang paling terdeferensiasi dalam tubuh.

Bentukan akhir dari proses pematangan embriologi adalah terbentuknya banyak

kapiler penyaringan dan nefron yang tersegmentasi oleh hampir 30 jenis sel yang

berbeda. Perbedaan sel-sel ini memodulasi banyak proses fisiologi yang

kompleks. Fungsi endokrin, regulasi tekanan darah dan hemodinamik

intraglomeruler, kesetimbangan asam-basa, dan pengeluaran metabolit obat-

obatan semuanya diselesaikan oleh mekanisme respon ginjal yang rumit (Kasper,

2015).

Ginjal juga merupakan organ penting dalam tubuh dan berfungsi untuk

membuang sampah metabolik dan racun tubuh dalam bentuk urin, yang

kemudian dikeluarkan dari tubuh. Ginjal menjalankan fungsi yang vital sebagai

pengatur volume dan komposisi kimia darah, dengan mengekskresikan zat

terlarut dan air secara selektif. Apabila kedua ginjal ini karena sesuatu hal gagal

menjalankan fungsinya, akan terjadi kematian.

2.1.1 Anatomi Ginjal

Ginjal terdiri dari cortex dan medulla. Medula renalis terdiri dari beberapa

piramida renalis. Satu piramida dan area kortikal di dekatnya disebut dengan

lobus renalis (Maurya, et al., 2018). Bagian dasar piramida renalis berbatasan

6

dengan korteks renalis, sedangkan apex piramida renalis berbatasan dengan

hilum renalis dan apex piramida renalis ini dikenal dengan sebutan renal

papilla. Korteks renalis yang ekstensi sampai masuk area antara piramida

renalis dikenal dengan kolumna renalis.

(Tortora, 2014)

Gambar 2.1 Korteks Renalis dan Medula Renalis

2.1.2 Histologi Ginjal

Ginjal dibagi menjadi dua bagian yaitu korteks di sebelah luar yang pada

pewarnaan hematoksilin-eosin warnanya lebih gelap, dan medula di sebelah

dalam yang warnanya terang. Bagian luar korteks dilapisi oleh jaringan ikat

yang dikenal dengan istilah kapsul ginjal. Korteks mengandung tubulus

kontortus proksimal dan distal, glomerulus, dan medullary rays. Medullary

rays terdiri dari tubulus proksimal desenden, tubulus distal asenden, dan

tubulus koligens. Di korteks juga terdapat arteri interlobularis dan vena

interlobularis. Medula terdiri dari piramid-piramid ginjal yang basalnya

dekat dengan korteks dan apeksnya membentuk papila ginjal yang menonjol

menuju kaliks minor. Ujung papila ginjal biasanya dilapisi epitel silindris

7

selapis yang akan berubah menjadi epitel transisional ketika berbalik ke

bagian luar kaliks minor (Eroschenko, 2013).

(Eroschenko, 2013 )

Gambar 2.2 Histologi ginjal

2.1.3 Fisiologi Ginjal

Ginjal merupakan organ yang fungsi utamanya mempertahankan stabilitas

volume, elektrolit, dan osmolaritas cairan ektraseluler. Ginjal dapat

mempertahankan keseimbangan cairan dan elektrolit, meskipun antara intake

dengan pengeluarann cairan sangat beragam. Pada ginjal memiliki tiga

proses dasar yang terlibat dalam pembentukan urine antara lain; filtrasi

glomerulus, reabsorpsi tubulus, dan sekresi. Secara singkat dijelaskan

melalui gambar berikut;

8

(Sherwood, 2014)

Gambar 2.3

proses-proses dasar ginjal

2.2 Etilen Glikol

2.2.1 Identitas dan Definisi

Etilen glikol merupakan salah satu tipe alkohol yang beracun yang tidak

berwarna, tidak memiliki odor, dan memiliki rasa yang manis yang sering

ditemukan pada produk-produk rumah tangga. Kegunaan utama etilen glikol

adalah untuk antifreeze, misalnya pada sistem pendingin ruangan (air

conditioning system) (Patočka & Hon, 2016). Etilen glikol adalah salah satu

bahan pelarut yang penting dalam dunia industri dan juga merupakan salah

satu material atau bahan mentah dari berbagai proses. Dalam perindustrian

minyak dan gas monoethylene glycol (MEG) biasanya digunakan untuk

mengurangi risiko terbentuknya gas hidrat saat produksi dan transportasi

hidrokarbon karena adanya gas hidrat dapat menimbulkan masalah ekonomi

9

dan keamanan yang serius karena gas hidrat memblok saluran-saluran pipa

(Wei, et al., 2016).

2.2.2 Interaksi Ginjal dan Etilen Glikol

Intoksikasi etilen glikol sering terjadi di seluruh dunia (Latus, et al.,

2013). Meskipun begitu, toksisitas yang dimiliki etilen glikol termasuk

rendah, namun metabolit yang terbentuk setelah etilen glikol tertelan sangat

berpengaruh terhadap kerusakan sel pada banyak jaringan, khususnya ginjal

(Patočka & Hon, 2016). Etilen glikol yang tertelan akan membentuk 4

metabolit yang toksik setelah bereaksi dengan alkohol dehidrogenase.

Keempat metabolit tersebut adalah glycoaldehyde, glycolate, glyoxylate,

dan oxalate (Song, et al., 2017).

Kerusakan pada ginjal disebabkan oleh oxalate karena pembentukan

kristal yang terjadi (Patočka & Hon, 2016). Selain itu glycolate yang

terakumulasi juga menyebabkan asidosis metabolik dan keracunan. Oksalat

yang terbentuk akan bereaksi dengan kalsium dan menyebabkan

hipokalsemia dan juga membentuk kristal kalsium oksalat (Song, et al.,

2017). Akumulasi kristal oksalat pada ginjal akan menginduksi produksi

ROS dan juga jejas pada sel epitel ginjal (Liu, et al., 2018).

2.3 Fisiologi Oksalat

2.4.1 Metabolisme Oksalat

Degradasi oksalat terjadi melalui oksidasi, dekarboksilasi, dan asetilasi.

Oksalat oksidase (OXO), yang merupakan salah satu enzim pendegradasi

oksalat yang paling penting, memecah oksalat menjadi karbon dioksida dan

hidrogen peroksida. Oxalate decarboxylase (OXDC) mengkatalisasi oksalat

10

untuk membentuk karbon dioksida dan asam format. Selain itu, asam oksalat

juga dapat menghasilkan molekul 2018, 23, 1286 3 dari 15 yang

menghasilkan oksalil-CoA melalui katalisis oksalil-CoA sintetase (AAE3),

yang akhirnya dapat terdegradasi menjadi karbon dioksida melalui tiga reaksi

enzimatik. Ketiga reaksi ini dikatalisis oleh oxalyl-CoA decarboxylase

(OXDE), formyl-CoA hidrolase (FXH), dan formyl-CoA dehydrogenase

(FXDE). Asam oksalat juga dapat dikombinasikan dengan kalsium untuk

membentuk kristal kalsium oksalat pada tanaman (Xiaofeng Cai, 2018).

(Xiaofeng Cai, 2018)

Gambar 2.4

Biosintesis dan jalur degradasi oksalat

2.4.2 Kristal Urin (Crystalluria)

Berbagai kristal dapat terlihat dalam sedimen urin. Fogazzi mencatat

bahwa kristal terdapat pada 8% spesimen yang diperiksa di laboratoriumnya.

Mereka mungkin nonpathologis atau mungkin menjadi penyebab penyakit

11

ginjal (nephrolithiasis, AKI, dll) yang dihasilkan dari produksi kristal

endogen atau paparan obat eksogen. Pembentukan kristal dengan kristaluria

dapat menjadi sekunder akibat penyakit bawaan, gangguan metabolisme, dan

paparan obat. Pemeriksaan sedimen untuk kristal dimulai dengan brightfield

atau mikroskop fase kontras di bawah kekuatan rendah dan tinggi untuk

mengamati penampilan kristal diikuti oleh polarisasi untuk menentukan

birefringence dan membantu mengidentifikasi kristal. Misalnya, asam urat,

kalsium oksalat monohydrated, kalsium fosfat, dan kristal triple fosfat adalah

100% birefringent. Selain manuver ini, penting untuk mencatat pH karena

kristal tertentu cenderung terbentuk dalam pH asam atau basa (Perazella,

2018).

(Perazella, 2018)

Gambar 2.5

Deskripsi umum kristal urin

Kristaluria dapat muncul dalam sedimen urin hambar atau berhubungan

dengan hematuria dan leukositosis yang terjadi secara bersamaan karena efek

abrasif kristal pada parenkim ginjal dan uroepitelium. Seperti dicatat, tidak

semua kristaluria bersifat patologis. Namun, sedimen urin aktif,

12

nephrolithiasis, dan AKI sangat meningkatkan kemungkinan kristal patologis.

Dalam pengaturan ini, data klinis dan laboratorium yang mendasari

menunjukkan penyakit bawaan atau metabolik yang terkait dengan kristaluria

dan peninjauan menyeluruh dari daftar obat akan membantu dalam

mengidentifikasi apakah kristaluria adalah patologis dan penyebab nefropati

kristal dan / atau nefrolitiasis. Beberapa kristal endogen terpilih dan kristal

yang berkaitan dengan obat dibahas selanjutnya (Perazella, 2018).

1. Kalsium Oksalat

Kristal kalsium oksalat dapat ditemukan dalam nilai pH urin

berkisar antara <5,5 hingga 6,7 tetapi sebagian besar terlihat dengan

pH <5,8. Ada 2 jenis kristal utama; kalsium oksalat monohidrat dan

dihidrat. Kristal monohydrated tidak berwarna; bisa berbentuk bulat

telur, bikonveks, halter, dan batang; dan sangat birefringent.

Sebaliknya, kristal dihydrasi muncul sebagai kristal tidak berwarna

bipyramidal dengan ukuran bervariasi dan biasanya bukan

birefringent. Umumnya, hanya satu jenis kristal kalsium oksalat hadir

dalam urin, tetapi kadang-kadang keduanya terlihat. Kristalurium

kalsium tidak selalu mewakili penyakit dan dapat dilihat pada

individu sehat, terutama yang mengonsumsi makanan yang

mengandung kadar oksalat tinggi (cokelat, kelembak, almond, dan

bayam). Kalsium oksalat nefrolitiasis adalah jenis batu yang paling

umum dan disebabkan oleh perubahan metabolisme yang mendukung

kristalisasi kalsium oksalat dan pertumbuhan batu.

13

Hiperoksaluria primer dan sekunder juga menyebabkan nefropati

dan nefrolitiasis kristalin. Hiperoksaluria enterik dapat berkembang

dari berbagai operasi bypass lambung (Roux-en-Y) atau penyebab

malabsorpsi lainnya (orlistat, pankreatitis, dll). Penyebab eksogen

nefropati oksalat termasuk obat-obatan yang dimetabolisme menjadi

kalsium oksalat, termasuk dosis vitamin C, etilen glikol, dan

naftidrofuryl oksalat intravena. Kristal kalsium oksalat monohydrated

dapat dilihat dengan toksisitas etilen glikol. Selain itu, beberapa

makanan / minuman yang mengandung sejumlah besar oksalat,

seperti belimbing, dan pembersihan smoothie hijau dapat

menyebabkan nefropati oksalat akut. Konteks klinis harus

dipertimbangkan dengan crystalluria kalsium oksalat, mengingat

bahwa kehadiran mereka tidak selalu patologis. Hiperoksaluri

mungkin akibat diet tinggi oksalat, namun dapat juga terjadi pada

pasien dengan malabsorsi lemak enterik. Hal ini bisa terjadi karena

kelebihan lemak enteric mengikat kalsium bebas dan mengakibatkan

oksalat bebas lebih mudah diserap di kolon. Sebagian besar batu

saluran kemih adalah kalsium oksalat, secara garis besar pembentukan

oksalat berasal dari diet (oksalat eksogen) dan hasil metabolisme

(oksalat endogen). Oksalat adalah produk akhir metabolisme yang

tidak berguna, dibentuk sebagai produk sampingan yang tidak

menguntungkan dari metabolisme glioksilat dan askorbat (Perazella,

2018).

2. Asam urat

14

Kristal asam urat selalu ditemukan dalam urin asam dan memiliki

beragam ukuran dan bentuk, yang meliputi romboid, barel, roset,

piring, dan jarum. Mereka sering kuning dan memiliki birefringence

polikromatik yang kuat dengan polarisasi, yang membantu

membedakan kristal asam urat dari kristal lainnya. Kehadiran kristal

asam urat dalam urin tidak mengkonfirmasi diagnosis nefropati asam

urat: mereka dapat terjadi pada sampel dari pasien sehat, terutama

ketika urin duduk atau didinginkan sebelum pemeriksaan. Kristaluria

asam urat dapat diamati pada pasien dengan nefrolitiasis asam urat

dan pasien dengan kelainan rhabdomiolisis atau limfoproliferatif yang

dipersulit oleh sindrom lisis tumor. Kehadiran gips kristal asam urat

sangat menunjukkan nefropati kristal sebagai penyebab AKI. Penting

untuk diingat bahwa diagnosis asam urat sebagai penyebab penyakit

tergantung pada konteks klinis di mana kristal terlihat. Urat amorf

dalam urin dapat ditemukan dalam urin dari individu sehat dan kurang

umum dalam kondisi patologis (Perazella, 2018).

3. Kalsium Fosfat dan Triple Phosphate

Seperti kristal kalsium oksalat, kristal kalsium fosfat dapat dilihat

dalam urin dari individu sehat dan pembentuk batu. Mereka terlihat

dalam urin alkali dan bermanifestasi sebagai spektrum bentuk yang

luas, termasuk prisma, mawar, bintang, jarum, atau tongkat / batang.

Kristal-kristal tersebut sangat birefringent dan dapat dilihat dengan

fosfat amorf, yang lebih mirip kristal asam urat, tetapi bukan

15

birefringent. Kristal kalsium fosfat jarang terlihat dengan nefropati

fosfat setelah pencahar natrium fosfat oral untuk pembersihan usus.

Kristal triple fosfat terdiri dari magnesium amonium fosfat dan

ditemukan dalam urin alkali. Salah satu bentuk yang paling umum

adalah "tutup peti mati," dengan bentuk-bentuk lain termasuk prisma

memanjang, trapesium, dan struktur seperti bulu. Birefringence bisa

lemah atau kuat di bawah mikroskop terpolarisasi. Kristal-kristal ini

tidak terlihat dalam urin dari individu yang sehat dan biasanya terjadi

pada urin yang terinfeksi mikroorganisme penghasil urease seperti

Ureaplasma urealyticum dan Corynebacterium urealyticum. Kristal-

kristal ini harus mendorong pencarian infeksi dengan organisme

pemecah urea (Perazella, 2018).

4. Sistin

Kristal sistin diamati hanya pada pasien dengan sistinuria, suatu

penyakit resesif yang diturunkan karena defisiensi penyerapan tubulus

ginjal dari sistin dan asam amino dibasic lainnya yang menyebabkan

nefrolitiasis. Kristal, yang merupakan pelat heksagonal tidak berwarna

dengan birefringence lemah, terbentuk dalam urin asam. Mereka bisa

dilihat sendiri atau saling bertumpukan (Perazella, 2018).

16

(Perazella, 2018)

Gambar 2.6

Kristal: (A) kalsium oksalat monohidrat dan (B) kalsium oksalat dihidrat

2.4 Batu Ginjal

2.4.1 Epidemiologi

Nephrolithiasis atau batu ginjal salah satu penyakit utama saluran kemih

dan sumber utama morbiditas di dunia. Di Indonesia menurut RISKESDAS

tahun 2013 batu ginjal merupakan penyakit yang paling sering. (Fauzi &

Putra, 2016) Kejadian pada pria lebih banyak dari pada wanita.

Pembentukan batu ginjal salah satu gangguan urologis yang menyakitkan

terjadi pada 15% populasi global dan tingkat kemunculannya kembali sektar

74-86% pada pria dan 45-64% pada wanita (Kapoor, et al., 2017).

Faktor risiko yang berkontribusi untuk batu ginjal adalah obesitas,

resistensi insulin, penyakit yang berkaitan dengan gastrointestinal, hidup di

iklim hangat dan pola diet obat obatan tertentu (Kapoor, et al., 2017).

2.4.2 Kalsifikasi batu ginjal

17

a. Batu kalsium: kalsium oksalat dan kalsium fosfat

Batu kalsium adalah batu ginjal yang dominan sekitar 80% dari semua

batu saluran kemih dan kekambuhannya lebih besar daripada batu ginjal

yang lain. Proporsi batu kalsium meliputi batu kalsium oksalat (CaOx)

50%, kalsium fosfat (CaP) 5% dan campuran 45%. Konstituen utamanya

adalah kalsium hydrogen fosfat (brushite). Bentuk kalsium oksalat dapat

berupa CaOx monohydrate (COM), CaOx dehydrate (COD) dan

kombinasi. COM adalah bentuk batu yang paling stabil secara

termodinamik (Alelign & Petros, 2018).

(Perazella, 2018)

Gambar 2.7

Kalsium oksalat pada tubulus ginjal

Faktor yang berkontribusi pada pembentukan batu CaOx seperti

hiperkalsiuria, hyperuricosuria, hiperoxaluria, hypocitraturia,

hipomagnesuria dan hipersistinuria. Kadar pH urin 5,0-6,5

mempromosiakan batu CaOx sedangkan pH lebih besar dari 7,5

mempromosikan batu CaP (Alelign & Petros, 2018).

b. Batu Struvite atau Magnesium Ammonium Phosphate Stones.

18

Batu struvite disebut sebagai batu infeksi dan batu triple fosfat,

persentasi keejadiannya 10-15%. Terjadi pada pasien dengan infeksi

saluran kemih kronis yang menghasilkan urease, yang paling umum

adalah Proteus mirabilis dan patogen yang kurang umum termasuk

Klebella pneumonia,dll. Urease diperlukan untuk memisahkan / memecah

urea menjadi amonia dan CO2, membuat urin lebih basa yang

meningkatkan pH (biasanya> 7). Fosfat kurang larut pada pH basa dan

asam, sehingga fosfat mengendap pada produk amoniak yang tidak larut,

menghasilkan formasi batu staghorn besar (Alelign & Petros, 2018).

c. Batu asam urat

Batu asam urat sekitar 3-10% dari semua jenis batu dan lebih serjng

terjadi pada wanita. Penyebab nefrolitiasis asam urat yang paling umum

adalah idiopatik. Diet tinggi purin terutama yang mengandung diet

protein hewani seperti daging dan sh, menghasilkan hyperuricosuria,

volume urin yang rendah, dan pH urin yang rendah (pH <5.05)

memperburuk pembentukan batu asam urat (Alelign & Petros, 2018).

d. Batu sistin

Batu ini akibat kelainan genetik dari pengangkutan asam amino dan

sistin. kelainan autosom resesif disebabkan oleh defek pada gen rBAT

pada kromodin yang mengakibatkan gangguan penyerapan tubular ginjal

dari sistin atau bocor sistin ke dalam urin. Sehingga mengakibatkan

kelebihan cystinuria pada ekskresi urin dan membentuk batu sistin

(Alelign & Petros, 2018).

e. Batu yang dipicu oleh obat

19

Kejadiannya sekitar 1% dari semua jenis batu. Obat-obatan seperti

obat guaifenesin, triamterene, atazanavir, dan sulfa menginduksi batu ini.

Sebagai contoh, orang yang menggunakan protease inhibitor indinavir

sulphate. Obat-obatan litogenik atau metabolitnya dapat disimpan untuk

membentuk nidus pada batu ginjal yang sudah ada. Di sisi lain, obat-

obatan ini dapat menginduksi pembentukan batu melalui aksi

metabolismenya dengan mengganggu metabolisme kalsium oksalat atau

purin (Alelign & Petros, 2018).

2.4.3 Patofisiologi

Pembentukan batu ginjal adalah proses biologis yang melibatkan perubahan

fisikokimia dan super-saturasi urin. Solusi jenuh mengacu pada larutan yang

mengandung lebih banyak bahan terlarut daripada bahan yang bisa dilautkan oleh

pelarut. Karena tidak dapat dilarutkan akibat jumlah yang berlebihan akan

membentuk endapan dalam urin yang mengarah pada nukleasi kemudia kristal.

Kristalisasi terjadi ketika konsentrasi dua ion sudah melebihi titik jenuh.

Transformasi cairan ke fase padat dipengaruhi oleh pH dan konsentrasi tertentu

dari zat berlebih. Berikut urutan peristiwa yang memicu pembentukan batu

termasuk nukleasi, pertumbuhan, agregasi, dan retensi kristal di dalam ginjal

(Alelign & Petros, 2018).

1. Nukleasi Kristal

Awal pembentukan batu ginjal adalah pembentukan nukleus (nidus)

dari urin super jenuh yang disimpan di dalam ginjal. Dalam cairan super

jenuh, atom, ion, atau molekul bebas mulai membentuk kelompok

mikroskopis yang mengendap.

20

2. Pertumbuhan Kristal

Setelah nidus tercapai, beberapa atom atau molekul dalam cairan super

jenuh mulai membentuk kluster, energi bebas keseluruhan berkurang

dengan menambahkan komponen kristal baru ke permukaannya. Total

energi bebas cluster meningkat oleh energi permukaan. Namun, hanya

ketika cluster kecil. Pertumbuhan kristal ditentukan oleh ukuran molekul

dan bentuk molekul, sifat fisik material, pH, dan cacat yang mungkin

terbentuk dalam struktur kristal. Pertumbuhan kristal adalah salah satu

prasyarat untuk pembentukan partikel. matriks organik, terutama protein

Tamm-Horsfall dan osteopontin adalah promotor pembentukan batu

CaOx.

3. Agregasi Kristal

Agregasi Kristal merupakan proses sejumlah kecil kristal keras dalam

larutan menempel bersama untuk membentuk batu yang lebih besar.

Pembentukan kristal setelah nukleasi akan menyebabkan peningkatan

produksi ROS dan menyebabkan kerusakan epitel ginjal (Liu, et al.,

2018).

4. Interaksi Kristal-Sel

Penempelan kristal tumbuh dengan lapisan tubulus ginjal sel epitel

disebut sebagai retensi kristal atau interaksi sel-kristal. Pada individu

dengan hiperoksaluria, sel-sel epitel tubulus ginjal terluka karena paparan

konsentrasi COM yang tajam. Interaksi sel kristal menghasilkan

pergerakan kristal dari sisi sel basolateral ke membran basement (Alelign

and Petros 2018).

21

Interaksi kristal COM dengan permukaan sel epitel ginjal bisa menjadi

peristiwa awal yang kritis pada nefrolitiasis. Peningkatan kekuatan retensi

antara kristal dan sel-sel epitel tubulus ginjal yang cedera

mempromosikan kristalisasi CaOx . kristal CaOx adalah racun bagi sel

epitel ginjal yang menghasilkan cedera dan kematian sel ginjal. Demikian

pula, paparan hiperkalsiuria menghasilkan cedera seluler dan peroksidasi

lipid yang diinduksi ROS yang merangsang deposisi kalsium oksalat .

Sebagian besar kristal yang melekat pada sel epitel diduga dicerna oleh

makrofag dan / atau lisosom di dalam sel dan kemudian dibuang dengan

urin. Sel tubular ginjal yang terluka melepaskan zat seperti fragmen

protrombin ginjal-1 atau protein anionik lainnya yang menginduksi

aglomerasi kristal COM. Spesies oksigen reaktif dianggap sebagai salah

satu faktor yang terlibat dalam cedera sel ginjal. Studi tentang interaksi

sel kristal kultur jaringan menunjukkan bahwa kristal COM cepat melekat

pada mikrovili pada permukaan sel dan kemudian diinternalisasi. Molekul

polyanion hadir dalam cairan tubular / urin seperti glikosaminoglikan,

glikoprotein, dan sitrat dapat melapisi kristal dan menghambat pengikatan

kristal COM ke membran sel (Alelign and Petros 2018).

Berbagai peristiwa seluler dan ekstraseluler terlibat selama

pembentukan batu. Modulator menargetkan langkah-langkah dari jenuh

hingga retensi kristal dapat menjadi sarana potensial untuk memblokir

pembentukan batu. Demikian pula, penyumbatan molekul pengikat kristal

(seperti osteopontin, asam hialuronat, asam sialat, dan protein

kemoattractan-1 monosit) yang diekspresikan pada membran sel epitel

22

mungkin merupakan pendekatan alternatif untuk mencegah pembentukan

batu. Temuan eksperimental menunjukkan bahwa kalsifikasi batu dipicu

oleh reactive oxygen species (ROS) dan pengembangan stres oksidatif

(Alelign and Petros 2018).

5. ROS pada Nephrolithiasis CaOx

ROS dalam menanggapi kristal oksalat dan CaOx sebagian diproduksi

dengan keterlibatan NADPH oksidase melalui aktivasi sistem renin

angiotensin (RAS). Pengurangan produksi angiotensin, dengan

menghambat enzim pengonversi angiotensin serta memblokir reseptor

angiotensin, meningkatkan ekspresi renin, mengurangi ekspresi

osteopontin (OPN), deposisi kristal dan memperbaiki respon inflamasi

terkait. Penghambatan NADPH oksidase dengan pengobatan apocynin

mengurangi produksi ROS, ekskresi molekul cedera ginjal (KIM) dan

pengendapan ginjal kristal CaOx pada tikus hiperoksalurik. Atrovastatin,

yang telah terbukti mengurangi ekspresi subunit gp91phox dan p22phox

dari NADPH oksidase, juga menghambat pengendapan kristal pada tikus

dengan hiperoksaluria yang diinduksi secara eksperimental (Khan 2014).

Mitokondria umumnya merupakan sumber superoksida dan H2O2

yang paling umum di sebagian besar sel dan jaringan. Deposisi

hiperoksaluria dan kristal CaOx pada ginjal tikus menyebabkan

kerusakan mitokondria. Pengobatan dengan taurin yang telah terbukti

mencegah cedera oksidatif mitokondria, membalikkan perubahan

mitokondria pada ginjal tikus hiperoksalurik dan menurunkan

pengendapan kristal. Probe selektif, substrat dan inhibitor menunjukkan

23

mitokondria sebagai tempat yang signifikan dari produksi superoksida

yang diinduksi kristal CaOx dan penipisan glutathione pada sel LLC-

PK1 dan MDCK. Paparan sel LLC-PK1 terhadap oksalat secara

signifikan meningkatkan ceramides seluler, namun, pretreatment dengan

prekursor glutathione N-acetylcysteine (NAC) menghalangi peningkatan

ini. Mitokondria terisolasi merespons paparan oksalat dengan akumulasi

ROS, lipid peroksida dan protein tiol teroksidasi. Sitrat juga terlibat

dalam mempertahankan pertahanan antioksidan endogen. Pemberian

sitrat eksogen ke sel LLC-PK1 dan MDCK memperkuat pertahanan ini

dan mengurangi cedera sel yang diakibatkan oleh paparan kristal Ox dan

CaOx yang meningkat. Kehadiran sitrat dalam media kultur dikaitkan

dengan peningkatan yang signifikan dalam peroksidase GSH dan

penurunan produksi H2O2 dan 8-isoprostane (8-IP), yang merupakan

produk akhir dari penguraian lipid. Ada peningkatan yang signifikan

dalam viabilitas sel seperti yang ditunjukkan oleh penurunan pelepasan

LDH dan peningkatan pengecualian tripan biru (Khan 2014).

Kerusakan mitokondria diduga disebabkan oleh pembukaan pori

transisi permeabilitas mitokondria (mPTP). Pembukaan mPTP

tergantung pada aktivasi cyclophilin D dalam matriks mitokondria oleh

ROS yang dihasilkan oleh NADPH oksidase dan dihambat oleh

cyclosporine A (CSA). CSA mencegah depolarisasi membran

mitokondria, penurunan ekspresi SOD, peningkatan 4-hidroksi-2-nonenal

(4HNE) dan pelepasan sitokrom-c ke dalam sitosol dalam sel epitel ginjal

NR52E yang terpapar kristal CaOx monohydrate in vitro. Pengobatan

24

CSA pada tikus hiperoksalurik mengakibatkan berkurangnya kerusakan

mitokondria, OS, dan deposisi kristal CaOx di ginjal (Khan 2014).

6. Cedera Sel dan Apoptosis

Paparan pada tingkat tinggi oksalat atau kristal CaOx menginduksi

cedera seluler epitel, yang merupakan faktor predisposisi pembentukan

batu berikutnya. Penumpukan kristal CaOx di ginjal meningkatkan

regulasi dan sintesis makromolekul yang dapat meningkatkan inflamasi.

Kristal dapat endositosis oleh sel atau diangkut ke interstitium. Telah

disarankan bahwa sel-sel yang terluka mengembangkan nidus yang

mempromosikan retensi partikel pada permukaan papiler ginjal. Pada

individu dengan hiperoksaluria primer yang parah, sel tubular ginjal

terluka dan kristal menjadi melekat padanya. Penambahan kristal CaOx

ke garis sel Madin-Darby canine ginjal (MDCK) menunjukkan

peningkatan pelepasan enzim lisosom, prostaglandin E2, dan enzim

sitosol. Sebuah studi pada model hewan juga mengungkapkan bahwa

pemberian kristal CaOx konsentrasi tinggi atau ion oksalat tampaknya

beracun yang menyebabkan kerusakan sel tubular ginjal. Telah

dikemukakan bahwa oksalat meningkatkan ketersediaan radikal bebas

dengan menghambat enzim yang bertanggung jawab atas degradasi

mereka. Sebagai contoh, spesies oksigen reaktif dapat merusak membran

mitokondria dan mengurangi potensi transmembrannya. Peristiwa ini

dikenal sebagai fitur proses awal dalam jalur apoptosis (Alelign and

Petros 2018).

7. Inhibitor dan Promotor Batu Ginjal

25

Inhibitor adalah zat yang mengurangi inisiasi jenuh, nukleasi,

pertumbuhan kristal, laju agregasi, atau proses lain yang diperlukan

untuk pembentukan batu. Biasanya, urin mengandung bahan kimia yang

mencegah pembentukan kristal. Inhibitor dalam urin meliputi anion

organik kecil seperti sitrat, anion anorganik kecil seperti pirofosfat,

kation logam multivalen seperti magnesium, atau makromolekul seperti

osteopontin, glikosaminoglikan, glikoprotein, fragmen prothrombin

kemih-1, dan protein Tamm-Horsfall. Penghambat ini tampaknya tidak

bekerja sama untuk semua orang; oleh karena itu, beberapa orang

membentuk batu. Tetapi, jika kristal yang terbentuk tetap kecil, biasanya

ia bergerak melalui saluran kemih dan pingsan dari tubuh dengan

percikan urin tanpa diketahui. Inhibitor dapat bertindak baik secara

langsung dengan berinteraksi dengan kristal atau secara tidak langsung

dengan mempengaruhi lingkungan kemih. Ketika senyawa penghambat

menyerap ke dalam permukaan kristal, ia menghambat nukleasi,

pertumbuhan kristal, agregasi, atau kepatuhan sel kristal. Sebaliknya,

promotor adalah zat yang memfasilitasi pembentukan batu dengan

berbagai mekanisme. Beberapa promotor termasuk lipid membran sel

(fosfolipid, kolesterol, dan glikolipid), peningkatan hormon kalsitriol

melalui stimulasi hormon paratiroid (Alelign and Petros 2018),

Di antara pembentuk batu berulang, ekskresi oksalat urin ditemukan

lebih tinggi, sedangkan ekskresi sitrat lebih rendah. Studi menunjukkan

bahwa oksalat dapat meningkatkan reabsorpsi klorida, natrium, dan air

dalam tubulus proksimal dan mengaktifkan beberapa jalur pensinyalan

26

dalam sel epitel ginjal. Secara umum, ketidakseimbangan antara inhibitor

batu kemih dan promotor telah disarankan sebagai penyebab

pembentukan batu. Daftar zat yang umumnya dianggap menghambat

atau mendorong proses pembentukan batu ditunjukkan pada gambar

dibawah ini.

(Alelign & Petros, 2018)

Gambar 2.8 Zat inhibitor dan promotor batu ginjal

27

2.5 Hibiscus Sabdariffa

2.5.1 Taksonomi

Kingdom : Plantae

Sub Kingom : Viridiplantae

Infra Kingdom : Streptophyta

Super Divisi : Embryophyta

Divisi : Tracheophyta

Sub Divisi : Spermathophytina

Kelas : Magnoliopsida

Anak Kelas : Rosanae

Bangsa : Malvaves

Suku : Malvaceae

Genus : Hibiscus L

Spesies : Hibiscus sabdariffa L (materi pertanian, 2015)

(Riaza & Choprab, 2018)

Gambar 2.9 Hibiscus sabdariffa

28

2.5.2 Morfologi

Hibiscus sabdariffa adalah tanaman yang tumbuh rutin setiap tahun, tegak

lurus dan bersemak yang bisa tumbuh lebih dari 2,4 meter dengan batang

merah dan halus yang khas. Daunnya berukuran panjang 7,5-12,5 cm,

berwarna hijau dengan pembuluh daun yang kemerahan dan tangkai daun nya

panjang atau pendek (InêsDa-Costa-Rocha, et al. 2014). Bunga rosela tunggal

berbentuk seperti lonceng dengan kelopaknya berlekatan dan mahkota

bunganya berlepasan. Kuncupnya tumbuh dari bagian ketiak daun (BPOM RI,

2010).

2.5.3 Persebaran

Hibiscus sabdarifa mudah tumbuh di tanah yang kering tapi juga bisa

mentoleransi keadaan tanah yang buruk. Hibiscus sabdariffa memerlukan

waktu sekitar 4-8 bulan untuk tumbuh dewasa dengan suhu malam hari

minimal sebesar 20oC, 13 jam cahaya matahari, dan hujan bulanan pada

beberapa bulan pertama untuk mencegah munculnya bunga pre-matur. Hujan

atau kondisi yang sangat lembab saat musim panen dan saat proses

pengeringan akan menurunan kualitas dan juga hasil produksi (InêsDa-Costa-

Rocha, et al., 2014). Tanaman ini bisa banyak ditemukan di negara-negara

tropis dan sub-tropis seperti India, Indonesia, dan Malaysia (Nirumand, et al.,

2018).

2.5.4 Nilai Nutrisi

Kandungan nutrisi dari kelopak bunga rosela sangat bervariasi tergantung

lingkungan pertmbuhan, genetik, ekologi, dan kondisi saat musim panen.

29

Dibawah ini merupakan kandungan nutrisi bunga rosella pada tiap bagian

tanamanya:

Tabel 2.1 Kandungan Nutrisi Bunga Rosella

Bagian

tanaman

Nilai nutrisi (gram/100 g)

Protein Lemak Karbohidrat Serat Mineral

Kelopak

bunga

rosela

1,9 g 0,1 g 12,3 g 2,3 g vitamin C (14 mg),

kalsium (1,72 mg) dan

zat besi (57 mg)

Daun 3.3 g 0.3 g 9.2 g - fosfat (214 mg), zat

besi (4.8 mg), tiamin

(0.45 mg), b-carotene

(4135 lg), riboflavin

(0.45 mg) dan

ascorbic acid (54 mg)

Biji 21.85% 27.78% 21.25% 16.44% potasium (1.47 mg),

sodium (1.58 mg),

kalsium (1.21 mg),

fosfat (1.58 mg)

,magnesium (1.80 mg)

(InêsDa-Costa-Rocha, et al., 2014)

2.5.5 Kandungan Bioaktif

Kandungan utama dalam tanaman Hibiscus sabdariffa adalah asam organik

(hydroxycitric acid dan Hibiscus acid), anthocyanins, polisakarida, dan

flavonoid (InêsDa-Costa-Rocha, et al., 2014). Konstituen utama rosela dalam

konteks kepentingan terapeutik adalah polisakarida, asam organik dan

flavonoid terutama antosianin. Ekstrak dari calyces kering telah diketahui

30

mengandung konstituen kimia seperti asam organik (asam sitrat, asam

askorbat, asam maleat, asam hibsat, asam oksalat, asam tartarat) selain itu,

pitosterol, polifenol, anthocyanin dan antioksidan yang larut dalam air lainnya.

Asam organik bersama dengan komponen bioaktif memiliki aktivitas

pembersihan radikal bebas. Efek kesehatan yang bermanfaat terutama

disebabkan oleh molekul bioaktif ini (Riaza, 2018).

1. Asam organik

Ekstrak rosela mengandung persentase asam organik yang tinggi asam

malat dan asam sitrat (13% berdasarkan berat kering) di dalam calyces

seperti yang dilaporkan oleh Salma dan Ibrahim. Selain itu, Abou-Arab et

al. melaporkan bahwa calyces juga mengandung asam askorbat (140,13

mg / 100 g). Baru-baru ini Jabeur melaporkan asam oksalat, shikimic dan

asam fumarat sebagai asam organik utama dengan asam malat (9,10 g /

100 g) menjadi asam yang paling melimpah di kaliks rosela (Riaza, 2018).

2. Polifenol dan flavonoid

Asal usul banyak zat terapeutik adalah karena sekunder metabolisme

dalam tanaman. Calella Roselle adalah sumber yang menarik molekul

bioaktif potensial dengan antioksidan, hipokolesterolemia aktivitas

antihipertensi, antimikroba, antiinflamasi, antidiabetik, dan

antikarsinogenik. Banyak penyelidikan ilmiah telah mengungkapkan

bahwa kelopak rosela kaya akan polifenol dan flavonoid yang

meningkatkan nilai gizi rosela karena senyawa ini berkorelasi dengan sifat

antioksidannya. Kandungan fenolik dalam tanaman terutama terdiri dari

anthocyanin seperti delphinidin-3-glucoside, sambubioside, dan

31

cyanidine-3-sambubioside dan flavonoid lain seperti gossypetine,

hibiscetin, dan glikosida masing-masing; asam protocatechuic, eugenol,

dan sterol seperti β-sitoesterol dan ergosterol (Riaza, 2018).

3. Antosianin dari Hibiscus sabdariffa

Antosianin berwarna-warni adalah anggota kelompok flavonoid

phytochemical. Molekul antosianin rentan terhadap degradasi.

Stabilitasnya tergantung pada pH, suhu, keberadaan enzim, cahaya, dan

struktur, keberadaan flavonoid lain, asam fenolat dan logam. Tsai telah

melaporkan bahwa 85% anthocyanin adalah delphinidine-3-sambubioside

dan merupakan sumber utama kapasitas antioksidan dari ekstrak rosela.

Dalam studi lain oleh Aurelio melaporkan bahwa ekstrak kelopak rosela

kaya akan anthocyanin seperti delphinidine-3-glucoside, sambubioside

dan cyanidin-3-sambubioside yang berkontribusi terhadap sifat

antioksidannya.

Para peneliti terutama menggunakan pelarut berair atau organic ekstrak

polifenol dan antosianin dari kelopak rosela. Berbagai teknik ekstraksi dan

varietas Hibiscus sabdariffa yang digunakan dalam berbagai penelitian

membuatnya sulit untuk dibandingkan. Luvonga melaporkan kandungan

fenolik total menjadi 6,06 mg / g dalam ekstrak rosela. Rosela kering

mengandung total antosianin sebagai sianidin 3 glukosida 622,91 mg /

100 g dan 37,42 mg / g total konten fenolik dalam sampel berat kering.

Baru-baru ini Jabeur dalam studi mereka mengidentifikasi delphinedine-3-

o-sambubioside, delphinidine-3-o glucoside dan cyanidine-3-o

32

sambubioside dalam konsentrasi (7,03 mg / g), (1,54 mg / g), (1,54 mg /

g) dan (4,40 mg / g) .

2.5.6 Kegunaan

Dari semua komponen kandungan bunga rosela, dikatakan mereka

memiliki efek pada metabolisme lemak, anti-hipertensi, dan hubungan dengan

proses apoptosis (Octavio Carvajal-Zarrabal et al, 2012). Selain itu ekstrak

bunga ini juga memiliki fugsi anti mikroba, anti fungi, anti parasit, anti piretik,

anti inflamasi, anti-oksidan, hepatoprotektif, nefroprotektif, efek diuretik,

cancer preventive, anti obesitas, efek laktasi, anti-diabetik, dan anti-anemia

(InêsDa-Costa-Rocha, et al., 2014).

2.5.7 Pengaruh Ekstrak Rosella dengan Endapan Kalsium Oksalat (CaOx)

Rosella mengandung antosianin yang mempunyai aktivitas antioksidan

lebih besar dibandingkan dengan alfa tokoferol (vitamin E), asam askorbat,

dan beta karoten. pada dosis 1000μg antosianin mampu menghambat efek

radikal anion superoksida hingga 70–80%. Antosianin juga mampu

menghambat NF-kB yang meregulasi respon inflamasi yang dapat menurunkan

kadar ROS sehingga tertekannya proses stres oksidatif yang terjadi pada batu

ginjal CaOx (Spormann, et al., 2008). Kandungan antosianin terbanyak

terdapat pada kaliks rosela (Nurnasari & Khuluq, 2017). Rosella juga terdapat

kandungan asam sitrat memiliki pengaruh inhibisi pada endapan kristal

kalsium oksalat, aktivitas inhibisi pada fase growth (Pertumbuhan) dan

menghambat perlekatan calcium xxalate monohydrate (COM) pada epitel

tubulus ginjal yang akan menyebabkan cedera sel tubular ginjal. Sitrat dapat

meningkatkan pertahanan antioksidan endogen. Pemberian sitrat eksogen

33

memperkuat pertahanan ini dan mengurangi cedera sel yang diakibatkan oleh

paparan kristal Ox dan CaOx yang meningkat (Alelign and Petros 2018).

2.6 Tikus putih (Rattus norvegicus)

Tikus merupakan hewan mamalia yang paling umum digunakan sebagai

hewan percobaan pada laboratorium, dikarenakan banyak keunggulan yang

dimiliki oleh tikus sebagai hewan percobaan, yaitu memiliki kesamaan fisiologis

dengan manusia, siklus hidup yang relatif pendek, jumlah anak per

kelahiran banyak, variasi sifat-sifatnya tinggi dan mudah dalam penanganan.

Tikus putih (Rattus norvegicus) memiliki beberapa galur yang merupakan hasil

persilangan sesama jenis, namun demikian galur yang akan digunakan untuk

penelitian ini adalah Sparaque dawley. Adapun taksonomi tikus menurut

Besselsen (2004) adalah sebagai berikut:

Kingdom : Animalia

Filum : Chordata

Sub-filum : Vertebrata

Kelas : Mammalia

Sub-kelas : Theria

Ordo : Rodensia

Sub-ordo : Scuirognathi

Famili : Muridae

Sub Famili : Murinae

Genus : Rattus

Spesies : Rattus norvegicus