eprints.ulm.ac.ideprints.ulm.ac.id/3093/1/nia kania-buku referensi... · 2018. 3. 25. · 1.1 latar...

5

BAB 1

Pendahuluan umum

6

1.1 Latar belakang

Kanker paru masih menjadi kanker yang paling sering ditemukan di

dunia, dan menduduki peringkat kematian tertinggi pada pria (Marsit et al.,

2008). Dari tahun ke tahun, jumlah kanker paru semakin meningkat di

negara maju seperti Amerika Serikat, Eropa, dan Jepang maupun negara

berkembang termasuk Indonesia. Meskipun terdapat perkembangan pesat

dalam teknik diagnostik dan operasi, kanker paru masih menjadi malignansi

yang paling sulit untuk diobati. Kematian akibat kanker paru sekitar 30%

pada pria dan 26% pada wanita. Angka survival 5 tahun penderita kanker

paru atau bronkus antara tahun 1995-2001 masih rendah, sekitar 15% dan

tidak berbeda bermakna dibandingkan tahun 1970 (12%) (Maurya et al.,

2011).

Berdasarkan data WHO-Asia Tenggara tahun 2008, insidensi dan

mortalitas kanker paru pada pria menduduki peringkat pertama

dibandingkan kanker jenis lain (Ferlay et al., 2010). Di Indonesia, kanker

paru menduduk peringkat ketiga atau keempat pada berbagai keganasan di

rumah sakit (Rasyid et al., 2002). Laporan oleh Soedoko & Asmino (1980)

menyatakan bahwa kanker menduduk peringkat ketiga di Jawa Timur.

Laporan oleh Saleh & Rosfien (1981) mengungkapkan bahwa kanker paru

menjadi malignansi paling sering ditemukan di rumah sakit di Jakarta. Pada

tahun 1998, kanker paru di RS Kanker Dharmais menempati urutan kedua

(Nasar, 2000). Angka survival dua tahun dari kanker paru di RS Kanker

Dharmais adalah 14,55% dengan angka median survival adalah 5 bulan

(Rasyid et al., 2002). Di RSUD Ulin Banjarmasin, pada tahun 2006, 2007, dan

2008 ditemukan kanker paru 11 kasus, 33 kasus dan 32 kasus dengan

insidensinya meningkat seiring dengan peningkatan umur (Kania, 2009).

Kanker dipicu oleh ekspresi onkogen (gen pendukung transformasi

sel normal menjadi sel kanker), atau tidak aktifnya gen penghalang atau

penekan pertumbuhan kanker (tumor suppressor genes), serta kelainan gen

7

untuk perbaikan DNA (DNA repair genes). Sebelum perkembangan kanker,

terjadi rangkaian peristiwa metaplasia-displasia-kanker. Metaplasia epitel

adalah proses adaptif akibat transformasi satu tipe sel epitel menjadi tipe sel

yang lain, dengan struktur dan fungsi yang berbeda. Metaplasia epitel

biasanya berhubungan dengan inflamasi kronik dan terkait dengan

modifikasi ekspresi satu atau beberapa faktor transkripsi (Herfs et al., 2009;

Slack & Tosh, 2001; Slack, 2007). Selain itu, metaplasia merupakan kejadian

awal terhadap stimulus toksik dari lingkungan (Delvenne et al., 2004).

Urutan metaplasia-displasia-kanker lebih sering terjadi di traktus

bronkial, ketika terjadi diferensiasi skuamosa dari epitel bersilia atau

berglandula (Delvenne et al., 2004). Peningkatan jumlah sel goblet dikenal

dengan istilah metaplasia sel goblet. Sel goblet akan memproduksi mukus

secara cepat sebagai respon terhadap stimulus tertentu membentuk lapisan

mukus pelapis saluran nafas (Turner & Jones, 2009). Mukus adalah gel

viskoelastik yang melingkupi dan melubrikasi epitelium pada permukaan

mukosa dan melindungi terhadap infeksi dan rangsangan lingkungan (Lee

et al., 2002).

Metaplasia epitel ditandai oleh sintesis musin pada saluran nafas

akibat regulasi dari epidermal growth factor receptor (EGFR). Ekspresi EGFR

pada epitelium bronkial akan meningkat akibat aktivasi neutrofil dan

aktivasi tirosin kinase EGFR oleh ligannya, atau oleh stres oksidatif sehingga

memicu hipersekresi mukus dan metaplasia sel goblet. Pada penelitian in

vitro dan in vivo didapatkan bahwa sitokin proinflamasi sebagai produk

neutrofil akan mengupregulasi ekspresi EGFR dan ligannya, yakni TGF-

atau EGF sehingga menginduksi metaplasia. Aktivasi EGFR dapat terjadi

melalui autofosforilasi yang bergantung ligand (yang dimediasi oleh EGF)

atau transaktivasi tidak bergantung ligand (yang dimediasi oleh stres

oksidatif). Selanjutnya, aktivasi EGFR tirosin kinase akan menginduksi gen

8

musin MUC5AC dan ekspresi protein MUC5AC serta metaplasia sel goblet

secara in vitro maupun in vivo (Kim et al., 2004).

Pada penelitian Khan et al. (2008) yang memberikan paparan asap

rokok pada sel epitel didapatkan aktivasi EGFR seiring peningkatan dosis

dan lama paparan. Hal ini disebabkan oleh kandungan asap rokok berupa

1014 radikal bebas/oksidan setiap hisapan dengan oksidan utama pada fase

gas adalah H2O2 sebesar 600-700 M. Asap rokok mengaktifkan EGFR

melalui dua mekanisme, yakni 1) aktivasi matriks metalloproteinase untuk

memecah proligand EGFR, antara lain protransforming growth factor- dan

amphiregulin sehingga menginduksi aktivasi EGFR bergantung ligand dan; 2)

mekanisme tidak bergantung ligand melalui stres oksidatif.

Dengan demikian, efek asap rokok sangat kompleks dan mempunyai

aktivitas biologis mulai dari metaplasia sampai kanker. Berbeda dengan

asap rokok, pada penelitian epidemiologi berkaitan dengan efek batubara

ternyata tidak ditemukan peningkatan insidensi kanker paru secara

bermakna (Keshava & Ong, 1999). Selain itu, efek metaplasia akibat paparan

debu batubara juga belum ada laporan. Meskipun demikian, kerapkali

ditemukan adanya kebiasaan merokok pada pekerja atau individu terpapar

debu batubara.

Debu batubara partikel ukuran mikrometer sampai nanometer yang

dihasilkan akibat proses di pertambangan atau transportasi batubara. Debu

batubara juga dihasilkan dalam laboratorium pengujian kualitas batubara.

Debu batubara mengandung berbagai mineral, trace metal, dan bahan

organik dengan kadar yang bervariasi (Dalal et al., 1995). Inhalasi kronik

debu batubara dapat menyebabkan beberapa penyakit paru, termasuk coal

worker pneumoconiosis (CWP), bronkitis kronik, kehilangan fungsi paru,

emfisema, dan progressive massive fibrosis (PMF) (Armutcu et al., 2007).

Ranking batubara dipercaya mendasari mekanisme CWP yang berbeda pada

9

setiap lokasi pertambangan akibat adanya korelasi antara ranking batubara

dengan prevalensi CWP (Zhang et al., 2002).

Respon paru terhadap debu batubara ditandai oleh kaskade reaksi

inflamasi, menghasilkan peningkatan sekresi faktor proinflamasi, sintesis

matriks ekstraseluler, dan proliferasi fibroblas. Siklus ingesti-reingesti yang

didukung oleh perekrutan makrofag alveoler, neutrofil, dan limfosit

merupakan penyebab inflamasi kronik (Armutcu et al., 2007). Efek batubara

terhadap inflamasi telah dibuktikan oleh berbagai penelitian yang ditandai

oleh peningkatan sel inflamasi, peningkatan sitokin, dan senyawa

kemoatraktan. Penelitian Pinho et al. (2005) dibuktikan bahwa tikus yang

dilakukan instilasi intratrakea batubara mengalami peningkatan leukosit

polimorfonuklear di Bronko Alveolar Lavage Fluid (BALF). Penelitian Huang &

Zhang (2003) dibuktikan peningkatan interleukin-6 (IL-6) dari cell line epitel

paru manusia A594. Pada penelitian Armutcu et al. (2007) dibuktikan adanya

peningkatan sitokin proinflamasi (IL-6 dan TNF-) pada minggu ke-1

sampai 4 paparan ambien debu batubara terhadap tikus. Penelitian Yucesoy

et al. (2008) disimpulkan bahwa polimorfisme tumor necrosis factor- (TNF-)

dan epidermal growth factor (EGF) meningkatkan risiko progressive massive

fibrosis (PMF) pekerja tambang batubara.

Di samping memproduksi sitokin, berbagai sel inflamasi terutama

makrofag juga memproduksi senyawa oksigen reaktif. Senyawa oksigen

reaktif juga dapat dihasilkan langsung dari debu batubara (Altin et al., 2004).

Senyawa oksigen reaktif adalah senyawa yang lebih reaktif dibandingkan

oksigen pada kondisi ground state. Senyawa oksigen reaktif tidak hanya

terdiri atas molekul oksigen tanpa pasangan elektron seperti radikal

hidroksil (OH) dan radikal superoksida (O2-), tetapi juga molekul reaktif

yang memiliki elektron berpasangan. Molekul oksigen yang memiliki

elektron berpasangan tersebut diantaranya, hidrogen peroksida (H2O2), asam

hipoklorous (HOCl), dan anion peroksinitrit (ONOO-) (Hubel, 1999).

10

Senyawa oksigen reaktif yang dibentuk oleh batubara meliputi O2-, H2O2,

NO (Armutcu et al., 2007), dan OH (Dalal et al., 1995). Analogi dengan

penelitian Khan et al. (2008) bahwa asap rokok yang mengandung 1014

radikal bebas/oksidan dapat memicu aktivasi EGFR, diduga senyawa

oksigen reaktif dari debu batubara juga akan memicu aktivasi EGFR melalui

mekanisme yang tidak bergantung ligand.

Berdasarkan kajian teori diatas, belum ada penelitian yang

menganalisis perkembangan metapalsia, sebagai peristiwa awal

karsinogenesis, akibat paparan debu batubara serta patomekanisme yang

terlibat. Di Kalimantan Selatan, perilaku pekerja tambang batubara

menempatkan dirinya pada paparan debu batubara dan asap rokok.

Interaksi antara paparan debu batubara dengan asap rokok diduga akan

mempercepat metaplasia paru melalui mekanisme aktivasi EGFR yang

disebabkan oleh inflamasi dan stres oksidatif (mekanisme bergantung ligand

dan mekanisme tidak bergantung ligand). Untuk itu perlu dilakukan

penelitian untuk mempelajari mekanisme metaplasia paru akibat interaksi

debu batubara dan asap rokok serta patomekanisme regresinya.

Daftar Pustaka

Altin R, Kart L, Tekin I, Armutcu F, Tor, Ornel T. 2004 The presence of

promatrix metalloproteinase-3 and its relation with different

categories of coal worker pneumoconiosis. Mediators Inflammation;

13(2):105-109.

Armutcu F, Gun BD, Altin R, Gurel A. 2007. Examination of lung toxicity,

oxidant/antioxidant status and effect of erdosteine in rats kept in coal

mine ambience. Environmental Toxicology and Pharmacology;

24:106-113.

Dalal NS, Newman J, Pack D, Leonard S, Valyathan V. 1995. Hydroxyl

radical generation by coal mine dust: possible implication to coal

worker’s pneumoconiosis. Free Radical Biology Medicine; 18(5):1-20.

Delvenne P, Hubert P, Jacobs N. 2004. Epitel metaplasia: an inadequate

environment for antitumor immunity. Trends in Immunology;

25(4):169-173.

11

Ferlay J, Shin HR, Bray F, Forman D, Mathers C, Parkin DM. 2010. Globocan

2008, cancer incidence and mortality worlwide: IARC CancerBase

No.10. Lyon, France: International Agency for Research on Cancer.

Herfs M, Hubert P, Delvenne P. 2009. Epitel metaplasia: adult stem cell

repropgramming and pre(neoplastic) transformation mediated bya

inflammation. Trends in Molecular Medicine; 15(6):245-253.

Huang X, Zhang Q. 2003. Coal-induced interleukin-6 gene expression is

mediated through ERKS and p38 MAPK pathways. Toxicology and

Applied Pharmacology; 191:40-47.

Hubel CA. 1999. Oxidative stress in the pathogenesis of preeclampsia.

Proceeding Society Experimenntal`Biology Medicine; 222:222-235.

Kania N. 2009. Kanker paru di Bagian Patologi Anatomi RSUD Ulin

Banjarmasin.

Keshava N, Ong T. 1999. Occupational exposure to genotoxic agents.

Mutation Research; 437:175-194.

Khan EM, Lanir R, Danielson AR, Goldkorn T. 2008. Epidermal growth

factor receptor exposed to cigarette smoke is abberantly activated and

undergoes perinuclear trafficking. FASEB Journal; 22:910-917.

Kim JH, Lee SY, Bak SM, Suh IB, Lee SY, Shin C, Shim JJ, In KH, Kang KH,

Yoo SH. 2004. Effects of matrix metalloproteinase inhibitor on LPS-

induced goblet cell metaplasia. American Journal Physiology Lung

Celluler Molecular Physiology; 287:127-133.

Lee CG, Homer RJ, Cohn L, Link H, Jung S, Craft JE, Graham BS, Johnson

TR, Elias JA. 2002. Transgenic overexpression of interleukin (IL)-10 in

the lung causes mucus metaplasia, tissue inflammation, and airway

remodeling via IL-13 dependent and independent pathways. Journal

Biological Chemistry; 277(38):35466-35474.

Marsit CJ, Houseman EA, Nelson HH, Kelsy KT. 2008. Genetic and

epigenetic tumor suppressor gene silencing are distinct molecular

phenotypes driven by growth promoting mutations in nonsmall cell

lung cancer. Journal of Cancer Epidemiology;

doi:10.1155/2008/215809.

Maurya DK, Ayuzawa R, Doi C, Troyer D, Tamura M. 2011. Topoisomerase I

inhibitor SN-38 effectively attenuates growth of human non-small cell

lung cancer lines in vitro and in vivo. Journal Environmental

Pathology Toxicology Oncology; 30(1):1-10.

Nasar IM. 2000. Situasi penyakit kanker di akhir abad-20 dan problemanya.

Dalam: Simatupang A. Ed. Prosiding Seminar Sehari Onkologi.

Lembaga Penelitian Universitas Kristen Indonesia, Jakarta:1-8.

Pinho RA, Silveira PCL, Silva LA, Steck EL, Dal-Pizzol F, Moreira JCF. 2005.

N-acetylsisteine and deferoxamine reduce pulmonary oxidative stress

and inflammation in rats after coal dust exposure. Environmental

Research; 99:355-360.

12

Rasyid R, Kamso S, Suratman E, Bestral. 2002. The characteristics and two

year survival rate of lung cancer patients at Dharmais Cancer Hospital

in period January 1998-November 2001. Available

from:www.ekologi.litbang.depkes.go.id/data/vol 3/Rosfita_1.pdf

Saleh S. Rosfien R. 1981. Registrasi kanker di 117 rumah sakit di Jakarta

tahun 1977. Seminar Registrasi Kanker. Jakarta.

Slack JM, Tosh D. 2001. Transdifferentiation and metaplasia– switching cell

types. Current Opinion Genetic Development; 11:581–586.

Slack JM. 2007. Metaplasia and transdifferentiation: from pure biology to the

clinic. Nature Review Molecular Cellular Biology; 8:369–378.

Soedoko R, Asmino. 1980. Masalah kanker paru di Jawa Timur dan beberapa

unsur penanggulangannya. Seminar Kanker Badan Penelitian dan

Pengembangan Kesehatan, Jakarta.

Turner J, Jones CE. 2009. Regulation of mucin expression in respiratory

diseases. Biochemical Society Transaction; 37:877–881.

Yucesoy B, Johnson VJ, Kissling GE, Fluharty K, Kashon ML, Slaven J,

Germolec D, Vallyathan V, Luster M. 2008. Genetic susceptibility to

progressive massive fibrosis in coal miners. European Respiratory

Journal; 31:1177-1182.

Zhang Q, Dai J, Ali A, Chen L, Huang X, 2002. Roles of bioavailable iron and

calcium in coal dust-induced oxidative stress: Possible implications in

coal workers’ lung disease. Free Radical Research; 36:285–294.

13

BAB 2

Debu batubara dan inflamasi paru

14

2.1 Latar belakang

Respon imun innate mencerminkan strategi untuk pertahanan host

terhadap berbagai agen infeksi, meliputi patogen bakteri, fungi, dan virus.

Aktivasi sistem imun innate menghasilkan respon inflamasi yang sangat

penting untuk mengendalikan infeksi secara cepat sebelum terjadi

penyebaran. Sebagai tambahan fungsi, sistem imun innate juga berkontribusi

terhadap inisiasi dan mendukung respon imun adaptif (Quinn & Gauss,

2004).

Inflamasi akut dipertimbangkan sebagai respon protektif oleh tubuh

secara keseluruhan terhadap cedera jaringan. Neutrofil bersama dengan

monosit dan makrofag akan berperan penting pada inflamasi akut untuk

menghilangkan jaringan nekrotik atau debris seluler dan pelepasan sitokin

untuk modulasi kemotaksis (Toumi et al., 2006).

Respon paru terhadap debu batubara ditandai oleh triggering

kaskade reaksi inflamasi, menghasilkan peningkatan sekresi faktor

proinflamasi, sintesis matriks ekstraseluler, dan proliferasi fibroblast. Siklus

ingesti-reingesti yang didukung oleh rekrutmen makrofag alveoler,

neutrofil, dan limfosit merupakan penyebab inflamasi kronik terus menerus

yang didapatkan dari debu batubara (Armutcu et al., 2007).

2.2 Komponen aktif debu batubara

Debu batubara adalah campuran kompleks yang mengandung

berbagai proporsi mineral, trace metal, dan bahan organik dengan derajat

yang bervariasi dari berbagai tambang batubara. Di samping jenis batubara,

variasi lapisan bumi dan metode yang diterapkan pada pertambangan juga

mempengaruhi komposisi debu batubara (Dalal et al, 1995).

Pada awal abad 19, debu batubara dianggap tidak berbahaya, dan

penyakit paru pada tambang batubara dianggap akibat adanya silika pada

debu batubara. Pada tahun 1928, Collis dan Gilchrist menunjukkan bukti

15

yang meyakinkan bahwa Coal Worker Pneumoconiosis (CWP) tetap

berkembang pada pemotong batubara yang menyekop batubara dengan

kandungan silika sedikit atau tanpa silika. Selain itu, pekerja graphite dan

elektroda karbon yang terpapar dengan materi karbon bebas silika juga

terjadi lesi paru dengan morfologi mirip CWP. Kajian epidemiologis jangka

panjang pada pekerja tambang batubara di Inggris menyatakan bahwa

progresi simple CWP berkorelasi secara langsung dengan rerata konsentrasi

massa debu batubara di atmosfer lokasi tambang. Meskipun kajian ini tidak

menyingkirkan peranan silika, akan tetapi mengimplikasikan peranan

penting debu batubara dalam perkembangan dan progresi CWP (Dalal et al,

1995).

Ranking batubara dipercaya mendasari mekanisme CWP yang

berbeda pada setiap lokasi pertambangan akibat adanya korelasi antara

ranking batubara dengan prevalensi CWP. Meskipun demikian, ranking

batubara hanyalah indikator karbonisasi material organik batubara dan

bukan merupakan komponen aktif, dalam ungkapan kimia, yang dapat

menginduksi cedera sel untuk memicu penyakit paru (Zhang et al, 2002b).

Keberadaan carbon centered radical pada debu batubara segar yang

baru dihancurkan dan paru hasil otopsi pekerja tambang batubara, juga

merupakan kandidat komponen aktif batubara (Dalal et al, 1995). Dengan

demikian, peningkatan kandungan karbon pada batubara akan

meningkatkan kejadian dan progresi CWP. Meskipun hal ini sangat logis,

bukti epidemiologis menyatakan adanya prevalensi CWP yang berbeda

antara berbagai tambang batubara bituminos.

Di Amerika Serikat, prevalensi CWP lebih tinggi di tambang batubara

Pennsylvania (PA) dibandingkan tambang batubara West Virginia (WV) dan

Utah (UT) (PA>WV>UT). Prevalensi ini terjadi dalam kadar paparan debu

yang sebanding. Adanya perbaikan kondisi kerja dan pengendalian melalui

pengukuran debu dapat menurunkan prevalensi CWP, akan tetapi ranking

16

prevalensi tetap PA>WV>UT (Zhang & Huang, 2002). Hal ini

mengindikasikan bahwa komponen aktif yang memicu kelainan paru adalah

komponen yang sifatnya reaktif serta reaktivitasnya tidak berkorelasi positif

dengan konsentrasi debu dan kandungan karbon dari batubara. Oleh karena

itu, penelitian mengenai efek batubara lebih tepat apabila didasarkan pada

kajian epiemiologis prevalensi penyakit.

Tabel 2.1 Komponen kimiawi debu batubara dari tambang Kalimantan

Selatan

Senyawa Kimia Kandungan (%)

SiO2 54,2%

Al2O3 29,5%

Fe2O3 9,99%

CaO 1,86%

MgO 0,669%

TiO2 1,05%

Na2O 0,154%

K2O 0,904%

SO3 0,030%

P2O3 0,164%

Mn3O4 1,45%

2.3 Debu batubara dan aktivasi sel

Pada penelitian Pinho et al. (2005) dibuktikan bahwa tikus yang

dilakukan instilasi intratrakea batubara mengalami peningkatan sel di

Broncho Alveoler Lavage Fluid (BALF), sebagai leukosit polimorfonuklear.

Terdapat dua fase terpisah sebagai karakter peningkatan respon inflamasi

paru akibat paparan akut batubara, yakni fase yang ditandai oleh infiltrasi

leukosit dan influks neutrofil, serta fase yang dominan mengandung

makrofag alveoler.

Akibat deposisi partikel debu batubara di paru, akan terjadi

perekrutan monosit darah perifer atau neutrofil dari darah perifer oleh

berbagai faktor yang dilepaskan makrofag alveoler serta sel paru yang lain

17

(sel epitel, fibroblas, dan sel endotel). Perekrutan neutrofil menyebabkan

meningkat dan menetapnya status inflamasi di regio alveoler, yang dikenal

sebagai alveolitis. Selanjutnya, sebagai tambahan terhadap kerusakan

langsung oleh partikel, sel epitel alveoler juga mendapat kerusakan

bermakna akibat berbagai faktor yang diproduksi oleh sel inflamasi,

misalnya senyawa oksigen reaktif dan protease (Schins & Borm, 1999).

Pada penelitian Boitelle et al. (1997) diungkapkan bahwa kadar

(Monocyte Chemoattractant Protein-1) MCP-1 dari BALF individu normal

berada dalam rentang yang sangat luas. Hal ini mengindikasikan bahwa

pada individu normal terjadi induksi MCP-1 setiap hari akibat paparan debu

maupun polusi atau adanya latar belakang genetik yang menjadikan sangat

bervariasi kadarnya. Pada BALF pasien CWP, ditemukan peningkatan kadar

MCP-1 secara bermakna dibandingkan kontrol. Hal ini meyakinkan peranan

kemokin ini dalam perkembangan dan pemeliharaan alveolitis oleh

makrofag yang berhubungan dengan CWP (Boitelle et al., 1997).

2.4 Makrofag dan fagositosis

Makrofag alveolar adalah sel yang terkait dengan kandungan mineral

dari debu batubara. Kepentingan makrofag alveolar dan interstitial dalam

pembersihan partikel debu merujuk pada jargon bahwa makrofag

merupakan ”fagositosis yang frustasi” akibat kelebihan muatan partikel.

Peran penting makrofag alveolar terhadap debu batubara didapatkan dari

beberapa pengamatan yang mengungkapkan: 1) subjek hewan coba yang

dipapar secara kronik oleh mineral mengalami peningkatan makrofag

alveolar di paru yang mengingesti partikel. Bahkan beberapa partikel

anorganik juga dapat diingesti oleh makrofag secara in vitro; 2) status

fagositosis makrofag selama masa aktivasi merupakan rentang yang panjang

untuk membentuk produk berupa oksidan, lipid bioaktif, sitokin, faktor

pertumbuhan, protease dan antiprotease. Beberapa sel di paru akan menjadi

18

target mediator primer tersebut, yang meliputi fibroblas, sel epitel, dan sel

endotel. Selanjutnya sel target akan melepaskan mediator sekunder; 3)

fagositosis oleh makrofag mencerminkan pembersihan partikel dalam fase

lambat dan cepat tersaturasi sehingga terjadi kelebihan muatan partikel yang

akan berdampak negatif terhadap sel epitel (Schins & Borm, 1999).

Makrofag alveolar mempunyai peranan dominan dalam inflamasi.

Perekrutan makrofag alveolar diperantarai oleh ekspresi dan fungsi

kemokin. Beberapa sitokin berpartisipasi dalam cedera lokal dan inflamasi,

meliputi IL-1, IL-8, MCP, TNF-, PDGF, ILGF-1, TGF-, dan bFGF. TNF-

dan IL-1 merupakan sitokin penting yang berperan dalam respon awal dan

terlibat dalam aktivasi fibroblas (Altin et al., 2004). Pada penelitian Armutcu

et al. (2007) juga dibuktikan adanya peningkatan sitokin proinflamasi (IL-6

dan TNF-) pada minggu 1-4 paparan ambien debu batubara terhadap tikus.

Makrofag manusia akan melepaskan IL-6 dan TNF- sebagai respon

terhadap paparan debu batubara. Selain itu, biopsi jaringan paru pekerja

tambang batubara CWP menunjukkan peningkatan ekspresi IL-6, TNF-,

dan MCP-1.

Biologi perekrutan sitokin dan kemokin juga dipengaruhi oleh faktor

yang lain, yakni metalloproteinase yang tidak hanya mengatur

pembentukan matriks ekstraseluler akan tetapi juga mengatur reseptor

spesifik pada permukaan sel (Altin et al., 2004).

2.5 Sinyal inflamasi

Senyawa oksigen reaktif akibat paparan debu batubara merupakan

molekul signaling yang mengaktifkan faktor transkripsi yakni nuclear factor-

B (NF-B) dan activator protein-1 (AP-1) serta mengubah signal mitogenik

dan fibrogenik yang melibatkan IL-6 (Chatterjee & Fisher, 2004; Frey &

Malik, 2004). Activator protein-1 (AP-1) dan nuclear factor of activated T cells

19

(NFAT) adalah faktor transkripsi penting yang mengendalikan upregulasi

sitokin proinflamasi (Huang et al., 2002).

Sitokin diproduksi dan mengatur fungsi dari semua sel yang berinti.

Sitokin bersifat multifungsi dalam spektrum lebar kejadian biologis, antara

lain inflamasi, metabolisme, pertumbuhan dan diferensiasi sel,

morfogenesis, fibrogenesis, dan homeostasis. Sebagai bagian dari sistem

imun, sumber sitokin utama di paru adalah sel epitel, sel endotel dan

fibroblas. Dalam penelitian partikel, saat ini sitokin dipertimbangkan sebagai

mediator penting dalam efek toksik dan patogenik akibat paparan debu

batubara. Berbagai sitokin yang terlibat dalam kaitan dengan debu batubara,

adalah TNF-, TGF-, IL-1, IL-6 dan PDGF. Selain itu, beberapa faktor juga

diekspresikan atau dilepaskan sebagai respon inhalasi atau paparan in vitro

terhadap debu batubara (Schins & Borm, 1999).

Aktivasi sitokin merupakan mekanisme penting dalam

perkembangan CWP. Sitokin/faktor pertumbuhan yang bertanggung jawab

untuk perkembangan inflamasi dan fibrosis dibedakan menjadi dua

kelompok yakni bersifat mitogenik (meningkatkan proliferasi sel) dan

fibrogenik (meningkat sintesis matriks ekstraseluler). Contoh sitokin

mitogenik adalah TGF-, IL-1, TNF- dan insulin like growth factor. Adapun

TGF- tergolong sitokin fibrogenik. IL-6 adalah sitokin mitogenik dan

fibrogenik. Kadar serum IL-6 dan reseptor TNF- berhubungan dengan

proses fibrosis pada CWP dan kadar serum sitokin berkorelasi dengan

keparahan CWP. IL-6 adalah sitokin proinflamasi yang dihasilkan oleh sel

limfoid dan non limfoid. IL-6 merupakan lini pertama terhadap cedera dan

berperan sentral pada reaksi fase akut dan inflamasi (Huang & Zhang, 2003;

Huang & Finkelman, 2008).

Selain IL-6, juga terjadi pelepasan TNF- secara spontan oleh

makrofag alveoler pada kadar lebih tinggi bermakna pada pekerja tambang

batubara aktif dibandingkan pekerja batubara yang sedang menjalani cuti.

20

Penelitian yang mengkaji pelepasan TNF- monosit setelah stimulasi in vitro

oleh debu batubara menunjukkan bahwa TNF- meningkat pada pekerja

tambang utamanya pada tahap awal CWP. Pekerja tambang yang

memperlihatkan abnormalitas pelepasan TNF- akibat stimulasi mengalami

peningkatan resiko untuk fibrosis (Huang & Finkelman, 2008).

Peningkatan sekresi IL-1, TGF-, fibronektin dan -AT juga terbukti

pada pekerja tambang batubara. Fibronektin dan kolagen merupakan

komponen utama matriks ekstraseluler, yang terikat kepada komponen

matrik untuk mendukung adhesi, penyebaran, dan migrasi berbagai tipe sel.

Makrofag alveoler dari pekerja tambang batubara dengan pneumokoniosis

sederhana menunjukkan pelepasan spontan fibronektin (Vallyathan, 2000).

2.6 Inflamasi dan perkembangan penyakit

Inhalasi debu batubara berhubungan dengan perkembangan coal

worker pneumoconiosis (CWP). CWP dikategorisasikan berdasarkan

keparahan menjadi CWP sederhana dan komplikasi. Pada bentuk sederhana,

nampak makula debu yang berwarna hitam, serta makrofag yang jenuh

dengan debu batubara terkonsentrasi di dekat bronkhiolus respiratorius.

Pada bentuk komplikasi, ditemukan nodul yang berukuran > 1 cm dengan

jumlah lebih dari satu. Nodul ini mengandung kolagen, debu batubara, dan

sel inflamasi (Ghanem et al., 2004).

Ketika TNF- dipertimbangkan sebagai mediator utama pada fibrosis

yang diinduksi oleh mineral, perbedaan kepekaan individu terhadap

perkembangan CWP dan progresifitas dari CWP ke PMF berhubungan

dengan polimorfisme dalam gen promoter TNF- (Kimura et al., 2010). Pada

penelitian Wang et al., (2005) dinyatakan bahwa frekuensi allele TNF--308

A lebih tinggi pada pasien nodul CWP dibandingkan dengan PMF.

Dosis paparan debu batubara pada pekerja tambang yang mendapat

CWP sangat tinggi. Sebagai contoh, pada penelitian autopsi pekerja tambang

21

yang pensiun, mempunyai total timbunan debu sebesar 13,5 ± 8,0 untuk

perokok atau 16,4 ± 8,5 bukan perokok setiap paru. Di Inggris, yang

mempunyai batubara ranking tinggi, autopsi pada pekerja yang menderita

PMF didapatkan kandungan debu batubara di paru sebesar 26,4 gram.

Diasumsikan apabila rerata berat paru sebesar 1000 gram, maka timbunan

debu batubara sebesar 13,5-25,6 mg debu/gram berat basah paru (Ghanem et

al., 2004).

Daftar Pustaka




13(2):105-109.




24:106-113.

Boitelle A, Gosset P, Copin MC, Vanhee D, Marquette CH, Wallaert B,

Gosselin B, Tonnel AB, 1997. MCP-1 secretion in lung from non

smoking patients with coal workers’s pneumoconiosis. European

Respiratory Journal; 10:557-562.

Chatterje S, Fisher AB. 2004. ROS the rescue. American Journal Physiology

Lung Cell Molecular Physiology; 287:704-705.



worker’s pneumoconiosis. Free Radical Biology Medicine. 18(5):1-20.

Frey RS, Malik AB. 2004. Oxidant signalling inlung cells. American Journal

Physiology Lung Cell Molecular Physiology; 4:1-3.

Ghanem MM, Porter D, Batteli LA, Valyathan V, Kashon ML, Ma JY. 2004.

Respirable coal dust particle modify cytochrome P4501A1 expression

in rat alveolar cells. American Journal Respiratory Cell Molecular

Biology; 31:171-187.

Huang X, Finkelman RB. 2008. Understanding the chemical properties of

macerals and minerals in coal and its potential application for

occupational lung disease prevention. Journal of Toxicology and

Environmental Health Part B; 11(1):45-67.

22




Kimura K, Ohtsuka Y, Kaji H, Nakano I, Sakai I, Itabashi K, Igarashi T,

Okamoto K. 2010. Progression of pneumoconiosis in coal miner after

cessation of dust exposure: A longitudinal study based on periodic

chest X-ray examinations in Hokkido, Japan. Internal Medicine;

49:1949-196.




Research; 99:355-360.

Quinn MT, Gauss KA. 2004. Structure and regulation of the neutrophil

respiratory burst oxidase: comparison with nonphagocyte oxidases.

Journal Leukocyte Biology; 76:760-781.

Schins RPF, Borm PJA. 1999. Mechanisms and mediators in coal dust

induced toxicity: a review. Annual Occupational Hygiene; 43(1):7-33.

Toumi H, F’guyer S, Best TM. 2006. The role of neutrophils in injury and

repair following muscle stretch. Journal Anatomy; 208:459-470.

Vallyathan V, Goins M, Lapp LN, Pack D, Leonard S, Shi X, Castranova V.

2000. Changes in bronchoalveolar lavage indices associated with

radiographic classification in coal miners. American Journal

Respiratory Critical Care Medicine; 162:958–965.

Wang XT, Ohtsuka Y, Kimura K. 2005. Antithetical effect of tumor necrosis

factor- gene polymorphism on coal workers pneumoconiosis (CWP).

American Journal Industrial Medicine; 48:24-29.




Zhang Q, Huang X. 2002. Induction of ferritin and lipid peroxidation by coal

samples with different prevalence of coal workers’ pneumoconiosis:

role of iron in the coals. American Journal Industrial Medicine;

42:171–179.

23

BAB 3

Debu batubara dan stres oksidatif paru

24

3.1 Latar belakang

Batubara adalah bahan bakar fosil di seluruh dunia, Debu batubara

selama pertambangan bawah tanah menghasilkan paparan saluran

pernafasan yang bermakna bagi pekerja tambang. Sebagai tambahan

terhadap karbon yang menjadi komponen utamanya, batubara juga

mengandung oksigen, nitrogen, hidrogen, dan elemen trace, serta beberapa

mineral anorganik. Elemen trace antara lain copper, nickel, cadmium, boron,

antimoni, besi, timbal, dan zinc. Beberapa elemen trace ini bersifat sitotoksik

dan karsinogenik pada model hewan coba. Kontaminan mineral meliputi

kuarsa, kaolin, mika, pirit, dan kalsit (Ghanem et al., 2004).

Berbagai komponen aktif debu batubara diduga berperan utama pada

patomekanisme penyakit, antara lain silika, carbon centered radical, dan besi.

Akan tetapi sampai saat ini hanya besi yang diyakini mendasari munculnya

berbagai penyakit. Pada tahun 1928, Collis dan Gilchrist membuktikan

bahwa debu batubara yang mengandung silika dalam jumlah sedikit atau

tanpa silika mampu memicu perkembangan pneumonkoniosis (Dalal et al.,

1995). Carbon centered radical adalah radikal bebas dari komponen organik

batubara. Radikal ini sifatnya stabil dan terperangkap dalam struktur

batubara. Akibatnya, radikal ini tidak terlibat dalam reaksi biologis di dalam

tubuh. Besi (Fe2+ dan Fe3+) adalah komponen aktif yang dilepaskan oleh debu

batubara. Besi mampu mengkatalisis pembentukan senyawa oksigen reaktif

melalui reaksi dengan oksigen dan/atau hidrogen peroksida (Huang et al.,

2002).

Partikel debu batubara yang terdeposit di epitelium alveolar akan

difagositosis oleh makrofag alveolar untuk memproduksi berbagai faktor

potensial yang dapat memodulasi sel paru dan matriks ekstraseluler. Faktor

potensial tersebut meliputi O2-, H2O2, dan NO. Makrofag aktif akan

memproduksi senyawa oksigen reaktif dan sitokin yang berlebihan.

(Armutcu et al., 2007; Huang & Finkelman, 2008). Dengan demikian,

25

keberadaan komponen aktif debu batubara yang mampu memicu stres

oksidatif di dalam tubuh bersama dengan kejadian fagositik akan memicu

cedera sel dan perkembangan penyakit.

Berbagai penelitian telah mengungkapkan bahwa parameter stres

oksidatif akan mengalami perubahan akibat paparan debu batubara.

Penelitian tersebut menggunakan subyek hewan coba, manusia, dan pada

kultur sel. Cara pemaparan yang dilakukan melalui paparan ambience

tambang batubara maupun instilasi intratrakea.

Radikal bebas dan stres oksidatif merupakan kontributor penting

dalam inflamasi paru, termasuk inflamasi paru alergik. Paparan paru oleh

partikel debu batubara akan meningkatkan produksi senyawa oksigen

reaktif. Peningkatan senyawa oksigen reaktif mampu menginduksi dan

meningkatkan aktivasi faktor transkripsi sensitif redoks, yakni nuclear factor-

B di paru, yang berperan sebagai trigger pelepasan mediator inflamasi

(Alessandrini et al., 2009).

3.2 Mekanisme stres oksidatif

Inhalasi kronik debu batubara akan membentuk senyawa oksigen

reaktif melalui mekanisme secara langsung dan tidak langsung. Mekanisme

langsung melibatkan komponen bioaktif yang dikandung oleh debu

batubara, dan secara tidak langsung melalui ledakan oksidatif selama

aktivasi makrofag dan leukosit polimorfonuklear ketika terjadi fagositosis

dan inflamasi yang menetap (Nadif et al., 2005; Armutcu et al., 2007).

3.2.1 Mekanisme langsung

Kapasitas oksidatif debu batubara utamanya disebabkan oleh

kandungan logam transisi, meliputi Fe, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, dan silika.

Beberapa metal tersebut dapat mengkatalisis reaksi Fenton untuk

menghasilkan senyawa oksigen reaktif. Selain itu, gas CO, CO2, dan CH3 di

26

lingkungan tambang batubara mungkin menyebabkan cedera tambahan

untuk memicu stres oksidatif (Armutcu et al., 2007).

Besi tergolong logam transisi yang mampu mengkatalis pembentukan

senyawa oksigen reaktif melalui interaksi dengan senyawa oksigen reaktif

dan/atau hidrogen peroksida. Di daerah pertambangan batubara, perbedaan

prevalensi pneumokoniosis disebabkan oleh perbedaan pelepasan besi di

dalam sel. Penelitian Huang menyimpulkan bahwa batubara dari Virginia

Barat dengan prevalensi pneumokoniosi berjumlah sedang melepaskan

kadar besi di dalam sel bernilai sedang. Sebaliknya, batubara dari Utah yang

prevalensi pneumokoniosisnya kecil juga melepaskan besi di dalam sel yang

bernilai kecil. Hal ini meyakinkan bahwa besi mungkin berperan penting

pada pneumokoniosis jalur stres oksidatif (Huang et al., 2002). Selain itu,

kandungan besi pada batubara juga dapat dijadikan perkiraan toksisitas

batubara sebelum dilakukan penambangan (Huang et al., 2005).

Sifat oksidatif debu batubara selain berasal dari besi, juga bersumber

dari kandungan metal transisi lainnya meliputi Cr, Co, Ni, Mn, As, Zn. dan

V (Broeckaert et al, 1999; Finkelman, 1999; Zhang et al, 2002). Dengan

menggunakan electron spin resonance diketahui bahwa filtrat cair debu

batubara yang mengandung Fe, Zn, Cu, Ni dan Co mampu membentuk

radikal hidroksil (OH) atau ferril (FeIV=O) (Huang & Finkelman, 2008).

Alumunium dapat berikatan dengan membran lipid sehingga terjadi

penataan ulang yang akan mendukung reaksi propagasi dari peroksidasi

lipid. Titanium akan bereaksi dengan H2O2 membentuk radikal hidroksil

yang akan memicu peroksidasi lipid (Halliwell & Gutteridge, 1999).

Reaksi: Ti(III) + H2O2 Ti(IV) + OH + OH

FeS2 yang merupakan kontaminan pada batubara, akan mengalami

oksidasi membentuk besi dan asam. Pembentukan asam pada areal

pertambangan menyebabkan aliran asam menuju lingkungan yang dapat

27

diperbaiki dengan CaCO3. Besi adalah fraksi dari besi total yang dapat

memicu pembentukan oksidan sehingga menimbulkan kerusakan paru.

CaCO3 yang merupakan mineral pada batubara tertentu dapat mengoksidasi

besi sehingga menurunkan kadar besi dan mengurangi dampak negatif

terhadap kesehatan (Huang et al, 2005).

3.2.2 Mekanisme tidak langsung

Proses inflamasi kronik akibat debu batubara memicu pembentukan

senyawa oksigen reaktif pada traktus pernafasan bagian bawah. Berbagai sel

inflamasi akan memproduksi senyawa oksigen reaktif secara bersamaan

dengan makrofag mengambil peran penting pada proses ini (Altin et al.,

2004).

Selama fagositosis partikel terinhalasi, akan dibentuk radikal

superoksida yang akan mengalami dismutasi spontan membentuk hidrogen

peroksida. Apabila terdapat logam transisi, maka hidrogen peroksida akan

dikonversi menjadi radikal hidroksil. Terdapat banyak bukti bahwa inhalasi

bahan toksik dari lingkungan kerja maupun polutan akan memicu

pembentukan radikal hidroksil secara berlebih pada kondisi in vitro maupun

in vivo. Produksi senyawa oksigen reaktif yang berlebihan akan melebihi

kemampuan antioksidan sehingga memicu stres oksidatif (Altin et al, 2004b).

28

Gambar 3.1 Kaskade pembentukan senyawa oksigen reaktif akibat paparan

debu batubara

Gambar 3.2 Kaskade stres oksidatif akibat paparan debu batubara

3.3 Peroksidasi lipid

Peroksidasi lipid merupakan proses yang bersifat komplek akibat

reaksi asam lemak tak jenuh ganda penyusun fosfolipid membran sel

dengan senyawa oksigen reaktif, membentuk hidroperoksida. Peroksidasi

lipid yang diperantarai senyawa oksigen reaktif mempunyai tiga komponen

utama reaksi, yakni reaksi inisiasi, propagasi dan terminasi (Uotila et al,

1994).

Debu batubara

Mekanisme Langsung Mekanisme Tidak Langsung

Aktivasi makrofag & neutrofil Komponen debu batubara

Senyawa Oksigen Reaktf

29

Besi merupakan katalis peroksidasi lipid yang bersifat merusak. Besi

dapat memicu dan memperkuat peroksidasi lipid (Schafer et al., 2000). Pada

penelitian Altin et al. (2004) yang membandingkan stres oksidatif antara

indidvidu sehat dengan pekerja tambang batubara didapatkan hasil bahwa

terdapat perbedaan sangat bermakna pada kadar MDA plasma. Penelitian

Artmutcu et al., (2007) dibuktikan bahwa paparan ambien debu batubara

pada tikus mampu meningkatkan kadar MDA paparan minggu pertama dan

kedua.

Penelitian yang menggunakan kultur sel paru manusia tipe II A549

didapatkan bahwa batubara dari tambang PA yang mempunyai prevalensi

CWP yang tinggi mampu memicu pelepasan besi pada medium kultur dan

sel yang sebanding dengan dosis paparan batubara. Pada dosis 2 g/cm2,

batubara PA menyebabkan peningkatan kadar peroksidasi lipid sebesar

112% dibandingkan kontrol sel selama perlakuan 24 jam. Selanjutnya, kadar

peroksidasi lipid ini akan menetap sampai 3 hari dan menurun sebanding

dengan kontrol pada 7 hari. Batubara UT yang mempunyai prevalensi CWP

yang rendah diperoleh peningkatan marginal besi sel pada dosis 5 dan 10

g/cm2 serta tidak terdapat efek peroksidasi lipid (Zhang et al., 2002).

Untuk membuktikan bahwa pemicu peroksidasi lipid disebabkan

oleh besi maka pada kultur sel line A549 diberikan deferoksamine pra

perlakuan. Didapatkan pada batubara WV dan UT terjadi penghambatan

pembentukan feritin dan peroksidasi lipid secara total yang tidak ditemukan

pada paparan batubara PA. Hal ini meyakinkan bahwa ada logam transisi

selain besi bioavailabel yang berperan dalam memicu pembentukan ferritin

dan peroksidasi lipid (Zhang & Huang, 2002).

3.4 Oksidasi protein

Fagosit yang aktif akan mensekresikan myeloperoksidase yang

menghasilkan senyawa reaktif meliputi asam hipoklorous (HOCl), kloramin,

30

radikal tirosil, dan nitrogen dioksida (NO2). Penelitian Setiawan et al. (2011)

membuktikan bahwa paparan debu batubara akut secara inhalasi terhadap

tikus mampu meningkatkan Advanced Oxidation Protein Product (AOPP)

darah sebagai produk stres klorinatif secara bermakna dibandingkan

kontrol. Pada penelitian Pinho dinyatakan bahwa jaringan paru yang

dipapar debu batubara melalui instilasi intratrakea akan memicu

peningkatan protein karbonil (Pinho et al., 2005).

3.5 Oksidasi DNA

Penelitian tentang efek genotoksik debu batubara dinyatakan bahwa

ekstrak organik debu batubara dari berbagai tambang tidak bersifat

mutagenik atau mutagenik lemah. Aktivitas mutagenik tinggi apabila terjadi

reaksi antara ekstrak bituminos, sub-bituminos, dan lignit dengan nitrit pada

kondisi asam. Penelitian in vivo didapatkan bahwa ekstrak debu batubara

memicu peningkatan sel abberant pada limfosit darah perifer (sel dengan

kerusakan kromosom atau kromatid) (Whong et al., 1983). Selain itu,

kerusakan oksidatif ada DNA juga ditemukan lebih tinggi pada pekerja

tambang terpapar debu batubara dibandingkan tanpa paparan (Dalal et al,

1991). Peningkatan insidensi kanker lambung juga telah dilaporkan pada

pekerja tambang batubara (Keshava & Ong, 1999).

3.6 Kapasitas antoksidan

Jaringan paru mempunyai mekanisme pertahanan yang terperinci

untuk mendetoksifikasi senyawa oksigen reaktif, berupa antioksiden

enzimatik meliputi SOD, GPx, molekul dengan berat molekul rendah yakni

GSH yang berperan sebagai substrat GPX, GST atau sebagai scavenger

secara langsung. Selain itu, antioksidan yang terdapat dalam eritrosit juga

terlibat dalam pertahanan antioksidan di paru, bertindak sebagai carrier

antioksidan yang bersirkulasi (Evelo et al., 1993).

31

Pada penelitian Altin et al. (2004) yang membandingkan stres

oksidatif antara indidvidu sehat dengan pekerja tambang batubara

didapatkan hasil bahwa terdapat perbedaan sangat bermakna aktivitas SOD

dan GPx plasma. Pada penelitian Artmutcu et al. (2007) dibuktikan bahwa

kapasitas antioksidan (SOD dan GPx) ditemukan pada kadar tinggi pada

minggu awal akan tetapi selanjutnya mengalami penurunan akibat

konsumsi yang terus menerus. Pada penelitian Pinho dinyatakan bahwa

jaringan paru yang dipapar debu batubara melalui instilasi intratrakea akan

memicu peningkatan kadar katalase(Pinho et al., 2005).

Pada bronchoalveolar lavage (BAL), antioksidan enzimatik meliputi

katalase, GPx, dan SOD menunjukkan peningkatan secara bermakna pada

pekerja tambang batubara yang menderita CWP kategori 2/2. Upregulasi

pertahanan antioksidan tidak terbukti pada pekerja tambang batubara yang

tidak ditemukan bukti radiografik penyakit (Vallyathan et al., 2000).

Pada penelitian Evelo yang membandingkan aktivitas GST, kadar

GST, dan kadar GSH antara pekerja batubara penderita pneumokonisosis

stadium awal (0/1-1/2) dan moderat (2-1) dengan kontrol pekerja batubara

didapatkan bahwa aktivitas GST sel darah merah menurun pada

pneumokoniosis stadium awal (0-1) dibandingkan dengan kontrol pekerja

batubara. Selanjutnya, progresi derajat pneumokoniosis (2-1) menyebabkan

aktivitas GST tidak berbeda dibandingkan kontrol. Fenomena yang sama

terjadi pada kadar GSH. Penurunan aktivitas GST, GPx dan kadar GSH pada

tahap awal pneumokonisosis mungkin disebabkan oleh kerusakan akibat

senyawa oksigen reaktif. Perubahan ini disebabkan oleh gangguan kapasitas

detoksifikasi terhadap senyawa elektrofilik dan oksidatif selama

pneumokoniosis stadium awal (Evelo et al, 1993).

Pada penelitian Engelen disimpulkan bahwa aktivitas GPx total

meningkat secara bermakna pada CWP derajat 0/1 -1/2 dibandingkan

kontrol. Kadar GSH dan GSSG pada CWP derajat 0/1 -1/2 lebih rendah

32

secara bermakan dibandingkan kontrol. Pada CWP derajat 3/2 -3/3, kadar Fe

di dalam plasma lebih rendah secara bermakna dibandingkan kontrol

(Engelen et al., 1990). Pada penelitian Altin dengan menggunakan high

resolution computed tomography (HRCT) serta melibatkan tiga kelompok

subjek meliputi pekerja tambang batubara tanpa CWP (G1), pekerja tambang

batubara yang menderita CWP (G2), dan subjek sehat (G3) diungkapkan

bahwa kadar plasma produk peroksidasi lipid (MDA) plasma lebih tinggi

secara bermakna pada G1 vs G2 dan G2 vs G3. Kadar SOD dan GPx plasma

lebih rendah secara bermakna pada pada G1 vs G2 dan G2 vs G3. Terhadap

faktor confounding meliputi umur, lama paparan, dan merokok didapatkan

hubungan yang bermakna antara lama paparan dengan kadar MDA, serta

aktivitas SOD dan GPx plasma (Altin et al., 2004).

Penelitian Perrin-Nadif didapatkan bahwa GSH yang merupakan

antioksidan utama menurun secara bermakna. Kadar GPx, Cu/Zn SOD

meningkat pada sel darah merah penderita pneumokoniosis (Perrin-Nadif et

al, 1996). Selain itu, paparan terhadap debu batubara akan memicu

pembentukan H2O2 dan aktivitas katalase eritrosit akan meningkat akibat

paparan debu batubara (Nadif et al., 2005).

3.7 Peran antioksidan eksogen

N-asetilsistein merupakan agen terapi dan biasa digunakan pada

praktek klinis dan bersifat menjaga paru dari oksidan. N-asetilsistein adalah

donor gugus thiol yang berperan sebagai prekursor sistein intraseluler

sehingga meningkatkan produksi glutathion. Dengan demikian, efek N-

asetilsistein akan menurunkan H2O2 yang selanjutnya mengubah

ketidakseimbangan oksidan-antioksidan di paru. Mekanisme N-asetilsistein

dalam perlindungan paru akibat paparan debu batubara melalui

penghambatan pembentukan senyawa oksigen reaktif dan penurunan

aktivasi NF-B serta ekpresi sitokin proinflamasi. Penelitian in vitro

33

membuktikan bahwa antioksidan thiol akan memblokir mediator inflamasi

makrofag dan epitel melalui mekanisme yang melibatkan sintesis GSH dan

reduksi aktivasi NF-B. Senyawa oksigen reaktif juga menstimulasi

pelepasan makrofag alveoler dan leukosit polimorfonuklear selama

fagositosis debu batubara dan mineral organik yang lain. Produksi senyawa

oksigen reaktif oleh mineral organik bergantung pada sifat redoks dan kadar

besi pada partikel (Pinho et al., 2005).

Instilasi debu batubara intratrakheal pada paru tikus akan

menginduksi kerusakan oksidatif secara bermakna. Pemberian N-

asetilsistein dan desferoksamin lebih baik dibandingkan N-asetilsistein

tunggal dalam membatasi respon inflamasi dan integritas alveoler serta

menurunkan kerusakan oksidatif paru. Hal ini semakin meyakinkan bahwa

besi berperan pada induksi inflamasi akibat instilasi debu batubara akut

(Pinho et al., 2005).

Daftar Pustaka

Alessandrini F, Beck-Speier I, Krappmann D, Weichenmeier I, Takenaka S,

Karg E, Kloo B, Schulz H, Jakob T, Mempel M, Behrendt H. 2009. Role

of oxidative stress in ultrafine particle-induced exacerbation of

allergic lung inflammation. American Journal Respiratory Critical

Care Medicine; 179:984-991.




13(2):105-109.




24:106-113.

Broeckaert F, Buchet JP, Delos M, Yager JW, Lison D. 1999. Coal fly ash and

copper smelter dust-induced modulation of ex vivo production of

tumor necrosis factor-alpha by murine macrophages: effect of metals

and overload. Journal Toxicology Environmental; 56:343-360.

Dalal NS, Jafari B, Petersen M, Green FHY, Vallyathan V. 1991. Presence of

stable coal radicalsin autopsied coal miners lung and its possible

34

correlation to coal worker pneumoconiosis. Archive Environmental

Health; 46:366-372.




Engelen JJM, Born PJA, van Sprudel M, Leenaerst L. 1990. Blood antioxidant

parameter at different stages of pneumoconiosis in coal workers.

Environmental Health Perspectives; 84:165-172.

Evelo CTA, Bos RP, Borm PJA. 1993. Decreased glutathione content and

glutathione S-transferase activity in red blood cells of coal miners with

early stages of pneumoconiosis. British Journal of Industrial Medicine;

50:633-636.

Finkelman RB. 1999. Trace elements in coal: environmental and health

significance. Biology Trace Element Research; 67:197-204.




Biology; 31:171-187.

Halliwell B, Gutteridge JMC. 1999. Free radical in biology and medicine. 3rd

Edition. Oxford: University Press.

Huang C, Li J, Zhang Q, Huang X. 2002. Role of bioavailable iron in coal

dust-induced activation of activator protein-1 and nuclear factor of

activated T cell. American Journal Respiratory Cellular Molecular

Biology; 27:568-574.





Keshava N, Ong T. 1999. Occupational exposure to genotoxic agents.

Mutation Research; 437:175-194.

Nadif R, Mintz M, Jedlicka A, Bertrand J, Kleeberger SR, Kauffmann F. 2005.

Association of CAT polymorphisms with catalase activity and

exposure to environmental oxidative stimuli. Free Radical Research;

39(12):1345–1350.

Perrin-Nadif R, Auburtin G, Dusch M, Porcher JM, Mur JM. 1996. Blood

antoixidant enzymes as markers of exposure or effect in coal miners.

Occupational Environmental Medicine; 53:41-45.




Research; 99:355-360.

35

Setiawan B, Kania N, Yuwono A, Paramita D. 2011. Efek inhalasi debu

batubara terhadap stres klorinatif dan kerusakan endotel. Journal

Indonesian Medical Association; 61(6):253-257.

Schafer RPF, Yue QS, Buettner GR. 2000. Iron and free radical oxidations in

cell membranes. Cell Molecular Biology; 46(3):657-662.

Uotila JT, Kirkkola AL, Rorarius M, Tuimala RJ, Metsa-Ketela T. 1994. The

total peroxyl radical trapping ability of plasma and cerebrospinal

fluid in normal and preeclamptic parturients. Free Radical Biology

Medicine; 16(5):581-590.

Vallyathan V, Goins M, Lapp LN, Pack D, Leonard S, Shi X, Castranova V.

2000. Changes in bronchoalveolar lavage indices associated with

radiographic classification in coal miners. American Journal

Respiratory Critical Care Medicine; 162:958–965.

Whong WZ, Long RG, Ames RG, Ong T. 1983. Role of nitrosation in the

mutagneic activity of coal dust: a postulation for gastric

carcinogenesis in coal miners. Environmental Research; 32:298-304.




Zhang Q, Huang X. 2002. Induction of ferritin and lipid peroxidation by coal

samples with different prevalence of coal workers’ pneumoconiosis:

role of iron in the coals. American Journal Industrial Medicine;

42:171–179.

36

BAB 4

Asap rokok dan inflamasi paru

37

4.1 Latar belakang

Inflamasi saluran nafas merupakan mekanisme patogenik sentral

yang bertanggung jawab terhadap penyakit organik dan sistemik. Di

samping trigger biogenik, inflamasi paru juga dapat diinduksi oleh inhalasi

kronik xenobiotik dari sumber lingkungan alamiah maupun buatan manusia

(Sydlik et al., 2009).

Merokok merupakan kebiasaan sosial yang paling kerap dilakukan di

seluruh dunia dan menjadi penyebab kematian dan kecacatan. Diperkirakan

muncul 1,3 juta perokok dan 5,4 juta kematian setiap tahun akibat rokok,

dan jumlah ini diperkirakan akan mencapai 8 juta di tahun 2030

(Gokulakhrishnan & Ali, 2010).

Merokok berhubungan dengan berbagai infeksi saluran nafas, antara

lain Staphylococcus pneumonia, Neisseria meningitidis, Haemophillus influenza,

Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium tuberculosis, dan Legionella pneumophila

(Guzik et al., 2011). Merokok juga merupakan penyebab kanker paru,

penyakit kardiovaskuler, penyakit serebrovaskuler, dan kanker lainnya


Merokok akan mengaktifkan kaskade inflamasi dalam saluran nafas

berupa produksi sejumlah sitokin dan kemokin poten, yang disertai oleh

kerusakana epitelium paru, peningkatan permeabilitas, dan perekrutan

makrofag serta neutrofil menuju saluran nafas (Hellerman et al., 2002).

Influks neutrofil ke paru, kerapkali bersifat masif, terjadi sebagai respon

terhadap infeksi bakteri dan menjadi gambaran umum dari penyakit

inflamasi paru kronik. Gangguan kapasitas antibakterial neutrofil

merupakan penyebab kepekaan infeksi pada perokok. Sementara itu,

ketidaktepatan respon berupa pelepasan enzim proteolitik neutrofil, antara

lain elastase dan matrik metalloproteinase (MMP)-8 dan -9 merupakan kunci

perkembangan penyakit paru destruktif (Guzik et al., 2011).

38

4.2 Asap rokok dan aktivasi sel

Penyakit yang didasari inflamasi disebabkan sebagian atau

sepenuhnya oleh sitokin proinflamasi, sebagai trigger kejadian patogenik

sekunder dan translokasi ke sirkulasi untuk menyebabkan efek sistemik

(Sydlik et al., 2009).

Paru, sebagai organ target dari partikel yang memicu inflamasi, akan

mengalami gangguan parah akibat perekrutan dan aktivasi sel inflamasi.

Penyakit paru, antara lain emfisema, penyakit paru obstruktif kronik

(PPOK), fibrosis, dan kanker seperti halnya kelainan sistemik yang lain pada

tingkat kardiovaskuler dan sistem imun, juga merupakan konsekuensi dari

perekrutan dan aktivasi sel inflamasi (Sydlik et al., 2009).

Migrasi leukosit dari darah menuju lokasi infeksi merupakan kunci

respon imun seluler dan inflamasi, yang dimediasi oleh sejumlah molekul

(Dianzani et al., 2006). Reaksi inflamasi akibat asap rokok ditandai oleh

peningkatan neutrofil dan makrofag alveoler sebagai dasar perkembangan

abnormalitas saluran nafas (Majo et al., 2001). Penelitian Skold et al. (1996)

dibuktikan bahwa eosinofil dan basofil tidak berbeda bermakna antara

perokok dan bukan perokok.

4.2.1 Limfosit

Merokok mempengaruhi jumlah total limfosit dan distribusi relatif

berbagai subtipe limfosit. Merokok juga mempengaruhi fungsi limfosit

(Tollerud et al., 1998; Berntorp et al., 1998). Penelitian Jensen et al., (1998)

dinyatakan tidak terdapat hubungan antara jumlah limfosit dan fungsi paru.

4.2.2 Neutrofil

Kajian terbaik dalam mempelajari efek patologi akibat merokok

adalah PPOK. Pada penyakit ini, ditemukan hubungan yang jelas antara

jumlah neutrofil dengan fungsi paru dan emfisema. Jumlah neutrofil yang

39

melimpah pada PPOK dapat dijelaskan oleh beberapa hal meliputi,

peningkatan kemotaksis dan rekrutmen neutrofil, penundaan efferositosis

akibat penekanan apoptosis, atau akibat perubahan sistem komplek reseptor

dan pengenalan molekul polivalen dalam deteksi pola molekul spesifik

permukaan sel yang mengalami kematian (Guzik et al., 2011). Pada

penelitian Majo et al (2001) yang melihat populasi sel limfosit didapatkan

bahwa pada bukan perokok lebih banyak mengandung neutrofil

dibandingkan perokok.

Meskipun terdapat fenomena disregulasi apoptosis neutrofil pada

PPOK, berbagai data yang tersedia masih kontroversial. Proporsi apoptosis

neutrofil di sputum pada pasien PPOK, perokok sehat, dan kontrol sehat

tidak berbeda bermakna. Hal ini mengindikasikan bahwa penghambatan

apoptosis tidak dapat menerangkan peningkatan jumlah neutrofil di saluran

nafas. Penelitian Makris et al., (2009) diungkapkan bahwa terdapat

peningkatan bermakna rasio apoptosis terhadap total neutrofil sputum pada

pasien PPOK dibandingkan kontrol. Di lain pihak, peneliitian Pletz et al.,

(2004) menyatakan bahwa apoptosis neutrofil mengalami penekanan pada

eksaserbasi akut PPOK.

Penelitian Aoshiba et al., (1996) menyatakan bahwa nikotin mampu

menekan apoptosis neutrofl bergantung dosis. Penelitian yang lain

menyatakan bahwa nikotin pada dosis tinggi tidak mempengaruhi apoptosis

neutrofil atau memicu DNA cleavage pada sel myeloid dan menjadi induksi

poten apoptosis neutrofil sistemik (Palmer et al., 2005). Pada penelitian

Guzik et al., (2011) diungkapkan bahwa asap rokok memicu kematian sel

neutrofil yang bersifat atipik, berupa apoptosis, autophagi, dan nekrosis.

Selain itu, neutrofil yang terpapar asap rokok tersebut juga secara efektif

dibersihkan oleh fagosit profesional, yang mengindikasikan adanya induksi

molekul spesifik permukaan sel dalam identifikasi sel yang rusak/mati.

40

4.2.3 Makrofag

Peningkatan makrofag alveoler (mencapai 90% total sel) dan

perpanjangan survival makrofag alveoler terjadi akibat paparan asap rokok

(Machiya et al., 2007; Blenchet et al., 2004)). Perpanjangan survival makrofag

alveoler bermanfaat untuk fagositosis sel yang mengalami apoptosis.

Fagositosis sel yang apoptosis bersifat non-phlogistik. Sementara itu, sel

yang mengalami nekrosis dan autophagi akan memicu reaksi inflamasi

(Guzik et al., 2011).

Merokok dapat mengubah fenotip makrofag (Hodge et al., 2007).

Makrofag alveoler perokok mempunyai ultrastruktur yang berbeda

dibandingkan bukan perokok. Makrofag alveoler juga mempunyai material

inklusi autofluoresen sitoplasmik dibandingkan bukan perokok.

Autofluoresen ini akan mengganggu deteksi antibodi terhadap antigen

permukan makrofag (Skold et al., 1996).

Monosit dan makrofag alveoler merupakan anggota sistem fagosit

mononuklear. Monosit darah akan matur menjadi makrofag alveoler melalui

migrasi dari kapiler menuju jaringan paru sebagai respon terhadap stimulus

inflamasi. Selama proses maturasi terminal, terjadi perubahan fungsional

dan fenotip, meliputi perubahan ukuran dan kapasitas fagositik, penurunan

kemampuan stimulasi limfosit-T dan ekspresi marker yang berhubungan

dengan maturasi (Hodge et al., 2007).

CD11a (LFA-1) dan ligandnya CD54 (intercellular adhesion molecule-1

(ICAM-1)) berperan penting dalam dalam interaksi antigen presenting cells

dan limfosit T. Kontak fisik ini diperlukan dalam aktvasi sel T dan kontak

antibodi terhadap reseptor akan menghambat respon proliferatif sel T.

CD11b (Mac-1, CR3) dan CD11c (p150,95, CR4) akan memediasi kontak

antar sel, terutama endotel vaskuler dan komponen matriks ekstraseluler,

dengan CD11c lebih spesifik kepada fagosit mononuklear. CD71 (reseptor

transferin) dipertimbangkan berperan penting dalam turnover besi

41

intraselulerl dan berhubungan dengan aktivasi dan proliferasi sel (Skold et

al., 1996).

Pada perokok, ekspresi CD11a, CD54, dan CD71 lebih rendah

dibandingkan bukan perokok. Di lain pihak, ekspresi CD11b dan CD11c

tidak berbeda antara perokok dibandingkan bukan perokok. Hal ini

mengindikasikan bahwa makrofag alveoler mempunyai mekanisme

adaptasi terhadap fagositosis yang lama, dan ketika mencapai maturasi akan

mengekspresikan berbagai reseptor fagositosis dan adhesi, akan tetapi

kurang mengekspresikan reseptor untuk fungsi assesori (Skold et al., 1996).

4.2.4 Sel epitel

Perubahan kompleks dalam fungsi paru, morfologi, dan ekspresi gen

yang disebabkan oleh komponen aktif dalam asap rokok melibatkan

kombinasi langsung dan tidak langsung terhadap sel, akan tetapi terpusata

kepada lingkaran inflamasi saluran nafas akibat paparan asap rokok. Sinyal

MAPK (ERK ½) dan NF-B terlibat dalam aktivasi inflamasi akut untuk

memicu pelepasan sitokin inflamasi. Pada penelitian Hellerman et al., (2002)

dinyatakan bahwa ekstrak asap rokok memicu peningkatan ekspresi mRNA

dari beberapa sitokin. IL-1 akan diupregulasi secara bermakna pada

paparan ekstrak asap rokok terhadap sel epitel bronkial manusia. IL-1

merupakan faktor penting dalam aktivasi IL-8 dan ICAM-1. Hal ini

didukung oleh penelitian yang lain, bahwa sel epitel melakukan ragulasi

terhadap kejadian inflamasi melalui sekresi IL-1, IL-8, GM-CSF, TNF-, dan

sICAM (Floreani & Rennard, 1999). Efektor parakrin ini selanjutnya akan

memproduksi inflamasi lokal primer atau mengamplifikasi efek terhadap sel

makrofag, eosinofil, mast, dan neutrofil yang telah diaktivasi sebelumnya

(Hellerman et al., 2002).

42

4.3 Komponen asap rokok dan inflamasi

4.3.1 Benzo(a)pyrene

Benzo(a)pyrene merupakan molekul yang menyebabkan rokok dapat

menginduksi inflamasi, dan proliferasi serta migrasi sel (Yoshino &

Maehara, 2007). Pada paparan asap rokok kronik (2 bulan), meningkatkan

jumlah total sel pada BALF (Sato et al., 2006).

4.3.2 Senyawa oksigen reaktif

Pada penelitian Hellerman et al. (2002) dinyatakan bahwa NF-B

merupakan mediator sentral dari respon proinflamasi, yang dapat diaktivasi

oleh stres oksidatif dan cedera terhadap sel. Selain itu, kandungan logam

dalam asap rokok juga merupakan sumber senyawa oksigen reaktif. Analisis

gen mengungkapkan bahwa paparan asap rokok mengaktifkan tapak ikatan

NF-B sebagai elemen promoter Il-1, IL-8. Il-6 dan ICAM-1.

4.3.3 Nikotin

Nikotin, alkaloid kolinomimetik tertier, merupakan komponen utama

asap rokok. Molekul ini bersifat lipofilik dan mempunyai kemampuan

menembus sawar darah otak sehingga menyebabkan addiksi (Blanchet et al.,

2002). Kadar plasma nikotin berhubungan secara langsung dengan jumlah

leukosit darah pada perokok (Jensen et al., 1998).

Daftar pustaka

Aoshiba K, Nagai A, Yasui C, Konno K. 1996. Nicotine prolongs neutrophil

survival by suppresing apoptosis. Journal Laboratory Clinical

Medicine; 127:186-194.

Berntorp K, Ekman M, Berntorp E. Cigarette smoke impairment of human

lymphocyte function by inhibition of transglutaminase. Journal

International Medicine; 226:73-79.

43

Blenchet M, Israel-Assayag E, Cormier Y. 2004. Inhibitory effect of nicotine

on experimental hypersensitivity pneumonistis in vivo and in vitro.

American Journal Respiratory Critical Care Medicine; 169:903-909.

Dianzani C, Cavalli R, Zara GP, Gallicchio M, Lombardi G, Gasco MR,

Panzanelli P, Fantozzi R. 2006. Cholesteryl butyrate solid lipid

nanoparticle inhibit adhesion of human neutrophils to endothelial

cells. British Journal of Pharmacology; 148:648-656.

Floreani AA, Rennard SI. 1999. The role of cigarette smoke in the

pathogenesis of asthma and as a trigger for acute symptoms. Current

Opinion Pulmoray Medicine; 5:38-46.

Guzik K, Skret J, Smagur K, Bzowska M, Gajkowska B, Scott DA, Potempa

JS. 2011. Cigarette smoke exposed neutrophils die unconventionally

but are rapidly phagocytosed by macrophages. Cell Death and

Disease; 2: e131; doi:10.1038/ccdis.2011.

Hellerman GR, Nagy SB, Kong X, Lockey RF, Mohapatra SS. 2002.

Mechanism of cigarette smoke condensate-induced acute

inflammatory response in human bronchial epithelial cells.

Respiratory Research; 3:22.

Hodge S, Hodge G, Ahern J, H Jersmann, Holmes M. Reynolds PN. 2007.

Smoking activity alters alveoler macrophage recognition and

phagocytic ability. American Journal Respiratory Cell Molecular

Biology; 37:748-755.

Jensen EJ, Pedersen B, Frederiksen R, Dahl R. 1998. Prospective study on the

effect of smoking and nicotine substitution on leucocyte blood

counts and relation between blood leucocytes and lung function.

Thorax 1998; 53:784-789.

Machiya J, Shibata Y, Yamauchi K, Hirama N, Wada T, Inoue S, Abe S,

Takabatake N, Sata M, Kubota I. 2007. Enhanced expression of MafB

inhibits macrophage apoptosis induced by cigarette smoke exposure.

American Journal Respiratory Cell Molecular Biology; 36:418-426.

Majo J, Ghezzo H, Cosio MG. 2001. Lymphocyte population and apoptosis in

the lungs of smokers and their relation to emphysema. European

Respiratory Journal; 17:946-953.

Makris D, Vrekoussis T, Izoldi M, Alexandra K, Katerina D, Dimitris T. 2009.

Increased apoptosis of neutrophils in induced sputum of COPD

patients. Respiratory Medicine; 103:1130-1135.

Palmer RM, Wilson RF, Hasan AS, Scott DA. 2005. Mechanisms of action of

environmental factors-tobacco smoking. Journal Clinical

Periodontology; 32:180-195.

Pletz MW, Ioanas M, de Roux A, Burkhardt O, Lode H. 2004. Reduced

spontaneous apoptosis in peripheral blood neutrophils during

exacerbation of COPD. European Respiratory Journal; 23:532-537.

44

Sato T, Seyama K, Sato Y, Mori H, Souma S, Akiyoshi T, Kodama Y, Mori T,

Goto S, Takahashi K, Fukuchi Y, Maruyama N, Ishigami A. 2006.

Senescence marker protein-30 protects mice lungs from oxidative

stress, aging, and smoking. American Journal Respiratory Critical


Skold CM, Lundahl J, Halldem G, Hallgren M, Eklund A. Chronic smoke

exposure alters the phenotype pattern and the metabolic response in

human alveolar macrophages. Clinical Experimental Immunology;

106:108-113.

Sydlik U, Gallitz I, Albrecht C, Abel J, Krutmann J, Unfried K. 2009. The

compatible solute ectoine protects against nanoparticle-induced

neutrophilic lung inflammation. American Journal Respiratory

Critical Care Medicine; 180:29-35.

Tollerud DJ, Clark WJ. Brown LM. 1989. Association of cigarette smoking

with decreased number of circulating natural killer cells. American

Review Respiratory Diseases; 139:194-198.

Yoshino I, Maehara Y. 2007. Impact of smoking status on the biological

behavior of lung cancer. Surgery Today; 37L725-734.

45

BAB 5

Asap rokok dan stres oksidatif paru

46

5.1 Latar belakang

Asap rokok merupakan campuran 4800 senyawa kimia, termasuk di

dalamnya radikal bebas, senyawa oksigen dan nitrogen reaktif, aldehid

reaktif, dan logam. Salah satu efek penting dari asap rokok adalah kerusakan

oksidatif pada makromolekul biologis, antara lain lipid dan protein

(Gokulakhrishnan & Ali, 2010). Pada kondisi normal, senyawa oksigen

reaktif akan dinetralisir secara efisisen oleh mekanisme pertahanan

antioksidan seluler. Pada berbagai kondisi, terjadi ketidakseimbangan antara

produksi senyawa oksigen reaktif dan pertahanan antioksidan sehingga

memicu destruksi dan disfungsi seluler (Lee & Lee, 2007).

Bergantung kepada kadar senyawa oksigen reaktif, berbagai faktor

transkripsi sensitif terhadap perubahan status redoks akan diaktivasi dan

akan mengkordinasikan respon biologis tertentu. Stres oksidatif pada kadar

rendah akan menginduksi Nrf2, faktor transkripsi yang berimplikasi pada

transaktivasi gen yang mengkode aktivitas antioksidan enzimatik. Senyawa

oksigen reaktif pada kadar sedang akan memicu respon inflamasi melalui

aktivasi NF-B dan AP-1. Adapun stres oksidatif pada kadar tinggi akan

mengacaukan pori mitokondria dan gangguan transfer elektron yang

akhirnya menyebabkan nekrosis atau apoptosis (Glorie et al, 2006).

5.2 Mekanisme

5.2.1 Mekanisme langsung

Asap rokok diperkirakan mengandung 1017 oksidan/hisapan dan

sekitar 1014 merupakan senyawa oksigen reaktif. Fase gas asap rokok

mengandung senyawa oksigen reaktif short lived pendek yakni radikal

superoksida dan nitrogen oksida, yang akan segera bereaksi membentuk

peroksinitrit. Sebaliknya, fase gas mengandung long lived hidroquinone yang

akan mengalami siklus redoks membentuk radikal superoksida dan

47

hidrogen peroksida via semiquinone, sehingga memicu stres oksidatif yang

menetap (Aoshiba & Nagai, 2003).

5.2.2 Mekanisme tidak langsung

Di samping melalui mekanisme langsung, asap rokok juga memicu

peningkatan stres oksidatif melalui perekrutan dan aktivasi fagositosis

untuk menghasilkan senyawa oksigen reaktif (Aoshiba & Nagai, 2003).

5.3 Stres oksidatif

Stres oksidatif pada umumnya didefinisikan sebagai keadaan yang

ditandai oleh ketidakseimbangan antara oksidan dan reduktan (antioksidan)

pada tingkat seluler atau individual. Kerusakan oksidatif merupakan salah

satu hasil ketidakseimbangan tersebut, yang didalamnya terdapat

modifikasi oksidatif dari makromolekul seluler. Proses tersebut akan

berlanjut sebagai kematian sel oleh mekanisme apoptosis atau nekrosis

seperti halnya kerusakan jaringan struktural (Lykkesfeldt & Svendsen, 2007).

5.3.1 Kapasitas antioksidan

Asap rokok memicu penurunan kapasitas antioksidan ekstraseluler

dan intraseluler, antara lain penurunan askorbat, urat, ubiquinol-10, -

tokoferol, dan -karoten di darah. Paparan akut asap rokok megurangi

kadar glutathion dan menurunkan aktivitas glutathion peroksidase, glukosa-

6-fosfat dehidrogenase pada sel epitel alveoler, eritrosit, dan cairan pelapis

epitel paru. Sebaliknya, paparan kronik asap rokok akan memicu kenaikan

dan peningkatan aktivitas glutathion. Hal ini mengindikasikan adanya

mekanisme adaptif terhadap paparan asap rokok, meskipun tidak cukup

untuk memberikan perlindungan terhadap sel epitel alveoler (Aoshiba &

Nagai, 2003). Antioksidan BALF juga terkena dampak yang ditandai oleh

penurunan kadar glutathion total (GSH) BALF (Sato et al., 2006). Zhang et al.,

48

(2008) menemukan upregulasi Thioredoxin dan Peroxiredoxin akibat

peningkatan radikal bebas dan senyawa oksigen reaktif akibat paparan asap

rokok.

5.3.1 Peroksidasi lipid

Senyawa oksigen reaktif akan memicu peroksidasi lipid melalui

reaksi antara radikal lipid dengan oksigen pada sel aerobik membentuk

radikal peroksil. Radikal peroksil akan memicu reaksi rantai terhadap asam

lemak tidak jenuh membentuk lipid hidroperoksida. Peroksidasi lipid

menyebabkan disfungsi membran, inaktivasi tapak reseptor dan enzim di

membran, serta meningkatkan permeabilitas membran (Murarescu et al.,

2007). Peningkatan stres oksidatif paru akibat paparan asap rokok telah

teramati pada paparan selama 2 minggu (Machiya et al., 2007). Pada

penelitian Sato et al. (2006) yang melihat efek paparan asap rokok terhadap

mencit selama 8 minggu didapatkan peningkatan kerusakan oksidatif di

jaringan paru meliputi peroksidasi lipid yang ditandai oleh peningkatan

MDA.

5.3.2 Oksidasi protein

Stres oksidatif menyebabkan peningkatan kepekaan proteolisis dari

rantai asam amino yang memicu aggregasi protein dan pemutusan ikatan

peptida. Protein plasma manusia akan kehilangan gugus sulfhidril serta

terdapat peningkatan protein karbonil sebagai aksi dari aldehid jenuh dan

tidak jenuh pada asap rokok. Protein plasma juga didegradasi oleh senyawa

oksigen reaktif melalui nitrasi dan oksidasi. Pada perokok ditemukan

peningkatan kandungan protein nitrit, antara lain fribrinogen, transferin,

seruloplasmin, dan plasminogen sebagai produk oksidasi protein

(Murarescu et al., 2007). Pada penelitian Sato et al. (2006) yang melihat efek

paparan asap rokok terhadap mencit selama 8 minggu didapatkan

49

peningkatan kerusakan oksidatif di jaringan paru yang ditandai oleh

pembentukan protein karbonil.

5.3.4 Oksidasi DNA

Benzo(a)pyrene akan mengalami metabolisme dan konversi menjadi

benzo(a)pyrenequinones, yang selanjutnya dapat memproduksi radikal

bebas dan memicu kerusakan DNA (Hecht, 1999). Hidrogen peroksida juga

mampu menembus membran sel dan mencapai nukleus untuk memicu

kerusakan oksidatif pada DNA. 8-OHdG merupakan salah satu bentuk

kerusakan oksidatif pada DNA yang diusulkan sebagai biomarker

karsinogenesis. Analisis 8-OHdG pada DNA limfosit darah tepi dapat

bermanfaat untuk deteksi resiko stres oksidatif akibat merokok. Pada

penelitian Zhang et al., (2009) diungkapkan peningkatan kadar 8-OHdG

pada DNA limfosit darah tepi sesuai dengan peningkatan derajat merokok.

5.4 Stres oksidatif dan perkembangan penyakit

Bukti terbaru menyatakan bahwa peningkatan kematian sel epitel

alveoler yang berpartisipasi dalam patogenesis emfisema paru. Penelitian

klinis telah membuktikan peningkatan apoptosis sel epitel dan sel endotel

dalam dinding alveoler perokok yang menderita emfisema paru. Penelitian

hewan coba membuktikan bahwa penghambatan kronik terhadap vascular

endothelial growth factor receptor akan memicu apoptosis sel endotel alveoler

yang diikuti oleh emfisema paru (Aoshiba & Nagai, 2003). Asap rokok juga

menhambat kemampuan sel epitel untuk bermigrasi, melekat pada matriks

ekstraseluler, dan menyembuhkan luka (Wang et al., 2001). Asap rokok juga

menghambat proliferasi sel epitel dan menginduksi senescence sel (Aoshiba

& Nagai, 2003).

Emfisema paru merupakan penyakit terkait umur yang terjadi akibat

paparan jangka panjang terhadap asap rokok. Akibat asap rokok yang

50

mengandung 1017 molekul oksidan setiap hisapan dan menyebabkan

ketidakseimbangan oksidan/antioksidan, maka stres oksidatif dipostulasikan

berperan penting dalam patogenesis emfisema paru. Pada pasien PPOK,

biomarker stres oksidatif, antara lain protein karbonil, produk peroksidasi

lipid, dilaporkan meningkat di paru dan otot pernafasan (Sato et al., 2006).

Stres oksidatif paru juga memicu kehilangan massa otot dan karsinogenesis

pada pasien PPOK (Murarescu et al., 2007).

Nikotin merupakan komponen adiktif dan kandungan berbahaya dari

asap rokok. Berbagai penelitian mengungkapkan efek nikotin terhadap

apoptosis in vitro dan in vivo yang mengindikasikan korelasi paparan

nikotin dengan apoptosis. Beberapa peneliti menunjukkan efek perlidungan

nikotin terhadap apoptosis, sementara peneliti lain membuktikan efek

sebaliknya. Penelitian terbaru menyatakan bahwa nikotin dapat

meningkatkan stres oksidatif yang berhubungan dengan apoptosis (Zhang et

al., 2006; Zhao et al., 2005). Penelitian Zhou et al., (2010) diungkapkan bahwa

nikotin dapat memicu apoptosis kardiomyosit melalui stres oksidatif yang

mendasari patomekanisme kardiovaskuler akibat asap rokok.

5.5 Peran antioksidan

Suplementasi antioksidan telah terbukti mampu menurunkan stres

oksidatif pada penyakit terkait asap rokok. Teh hijau dan kandungan

cathecinnya, meliputi –epicathecin (EC), -epicathecin-3-gallate (ECG), -

epigalocathecin (EGC), -epigallocathecin-3-gallate (EGCG) merupakan

antioksidan. Potensi antioksidan disebabkan oleh adanya struktur galloyl

pada ECG dan EGCG, yang tidak ditemukan pada cathecin yang lain. EGCG

mampu bersifat scavenger terhadap oksigen singlet, anion superoksida,

radikal peroksil, dan radikal hidroksil. Asap rokok menyebabkan

peningkatan persentase hemolisis, karboksihemoglobin, hemin, lipid

peroksida, dan osmotik fragilitas. Asap rokok juga meningkatkan senyawa

51

karbonil dan menurunkan protein thiol, glutathion, dan antioksidan

enzimatik. EGCG menurunkan persentase hemolisis, karboksihemoglobin,

hemin, lipid peroksida, osmotik fragilitas serta senyawa karbonil. EGCG

juga meningkatkan protein thiol, glutathion, dan antioksidan enzimatik


Daftar Pustaka

Aoshiba K, Nagai A. 2003. Oxidative stress, cell death, and other damage to

alveolar epithelial cells induced by cigarette smoke. Tobacco Induced

Disease; 1(3):219-226.

Glorie G, Legrand-Poels S, Piette J. 2006. NF-B activation by reactive oxygen

species: fifteen years later. Biochemical Pharmacology; 72:1493-1505.

Gokulakrishnan A, Ali ARL. 2010. Cigarette smoke-induced biochemical

perturbations in human erythrocytes and attenuation by

epigallocathecin-3-gallate-tea cathecin. Pharmacological Reports;

62:891-899.

Hecht SS. 1999. Tobacco smoke carcinogens and lung cancer. Journal

National Cancer Institute; 91:1194-1210.

Lee S, Lee K. 2007. Protective effect of (-)-epigallocatechin gallate against

advanced glycation endproducts-induced injury in neuronal cells.

Biology Pharmacy Bulletin; 30(8):1369-1373.

Lykkesfeldt J, Svendsen O. 2007. Oxidant and antioxidants in disease:

oxidative stress in farm animals. The Veterinary Journal; 173:502-511.

Machiya J, Shibata Y, Yamauchi K, Hirama N, Wada T, Inoue S, Abe S,

Takabatake N, Sata M, Kubota I. 2007. Enhanced expression of MafB

inhibits macrophage apoptosis induced by cigarette smoke exposure.

American Journal Respiratory Cell Molecular Biology; 36:418-426.

Murarescu ED, Iancu R, Mihilovici MS. 2007. Morphological changes

positive correlates with oxidative stress in COPD. Preliminaru data of

an experimental rat model- study and literature review. Romanian

Journal of Morphology and Embryology; 48(1):59-65.






Wang H, Liu X, Umino T, Skold CM, Zhu Y, Kohyama T, Spurzem JR,

Romberger DJ, Rennar SI. Cigarette smoke inhibits human epithelial

52

cells reapir process. American Journal Respiratory Cell Molecular

Biology; 25:772-779.

Zhang T, Lu H, Shang X, Tian Y, Zheng C, Wang S, Cheng H, Zhou R. 2006.

Nicotine prevents the apoptosis induced by menadione in human

lung cancer cells. Biochemical Biophysics Research Communication;

342:928-934.

Zhang S, Wu Y, Wu Z, Liu H, Nie J, Tong J. 2009. Up-regulation of RAGE

and S100A6 in rats exposed to cigarette smoke. Environmental

Toxicology and Pharmacology; 28:259-264.

Zhang S, Xu N, Nie J, Dong L, Li J, Tong J. 2008. Proteomic alteration in lung

tissue of rats exposed to cigarette smoke. Toxicology Letters; 178:191-

196.

Zhao Z, Reece EA. 2005. Nicotine-induced embryonic malformations

mediated by apoptosis from increasing intracellular calcium and

oxidative stress. Birth Defects Research B Develompment

Reproduction Toxicology; 74:383-391.

Zhou X, Sheng Y, Yang R, Kong X. 2010. Nicotine promotes cardiomyocyte

apoptosis via oxidative stress and altered apoptosis-related gene

expression. Cardiology; 115:243-250.

53

BAB 6

Debu batubara dan progresi metaplasia

54

6.1 Latar belakang

Batubara adalah bahan bakar fosil berupa batuan organik,

bersedimen, dan mudah terbakar yang terbentuk dari tanaman selama

jutaan tahun melalui tekanan dan panas bumi (Huang & Finkelman, 2008).

Berdasarkan nilai panasnya, batubara digolongkan menjadi empat jenis

meliputi lignit, subbituminos, bituminos, dan anthracite (Huang & Zhang,

2003). Debu batubara adalah partikel dengan ukuran mikrometer-nanometer

yang dihasilkan oleh tubrukan, abrasi, peremukan, dan penggilasan

batubara. Debu batubara merupakan campuran kompleks berbagai mineral,

trace metal, dan bahan organik dengan kadar yang bervariasi di berbagai

tambang batubara (Dalal et al., 1995).

Inhalasi kronik debu batubara dapat menyebabkan beberapa penyakit

paru, termasuk coal worker pneumoconiosis (CWP), bronkitis kronik,

kehilangan fungsi paru, emfisema, dan progressive massive fibrosis (PMF)

(Armutcu et al., 2007). Pada hewan coba, perkembangan tumor paru telah

diidentifikasi akibat paparan konsentrasi tinggi (200 mg/m3) debu batubara,

meskipun insidensinya tidak bermakna (Martin et al., 1977). Penelitian Pott et

al. (2000) didapatkan insidensi tumor paru sebesar 57,4% pada tikus yang

diinstilasi intratrakea dengan debu batubara dosis 6 mg/minggu selama 11

minggu. Hal ini mengindikasikan bahwa paparan debu batubara

berhubungan dengan karsinogenisitas paru.

Efek batubara terhadap inflamasi telah dibuktikan oleh berbagai

penelitian yang ditandai oleh peningkatan sel inflamasi, peningkatan sitokin,

dan senyawa kemoatraktan. Pada penelitian Pinho et al. (2005) dibuktikan

bahwa tikus yang dilakukan instilasi intratrakea batubara mengalami

peningkatan sel leukosit polimorfonuklear pada Bronko Alveolar Lavage Fluid

(BALF). Status fagositosis makrofag selama masa aktivasi merupakan

rentang yang luas untuk membentuk oksidan, lipid bioaktif, sitokin, faktor


55

target mediator primer tersebut, meliputi fibroblas, sel epitel, dan sel

endotel. Selanjutnya sel target akan melepaskan mediator sekunder (Schins

& Borm, 1999). Beberapa sitokin berpartisipasi dalam cedera lokal dan

inflamasi, meliputi IL-1, IL-8, MCP, TNF-, PDGF, ILGF-1, TGF-, dan bFGF.

TNF- dan IL-1 (Altin et al., 2004). Pada penelitian Armutcu et al. (2007) telah

dibuktikan adanya peningkatan sitokin proinflamasi (IL-6 dan TNF-) pada

minggu ke-1 sampai 4 paparan ambien debu batubara terhadap tikus.

Makrofag akan melepaskan IL-6 dan TNF- sebagai respon terhadap

paparan debu batubara. Selain itu, biopsi jaringan paru pekerja tambang

batubara menunjukkan peningkatan ekspresi IL-6, TNF-, dan MCP-1.

Paparan batubara juga memicu pembentukan senyawa oksigen

reaktif secara langsung dan tidak langsung (Altin et al., 2004). Senyawa

oksigen reaktif adalah senyawa yang lebih reaktif dibandingkan oksigen

pada kondisi ground state. Senyawa oksigen reaktif dibedakan atas radikal

bebas dan non radikal bebas (Halliwel & Gutteridge, 1999). Senyawa oksigen

reaktif yang dibentuk oleh batubara meliputi O2-, H2O2, NO (Armutcu et al.¸

2007), dan OH (Dalal et al., 1995). Pembentukan NO terjadi akibat

upregulasi inducible nitric oxide synthase (iNOS) (Armutcu et al., 2007).

Urutan metaplasia-displasia-kanker lebih sering terjadi di traktus

bronkial, yakni ketika diferensiasi skuamosa berkembang dari epitel bersilia

atau berglandula (Delvenne et al., 2004). Metaplasia epitel adalah proses

adaptif akibat transformasi satu tipe sel epitel menjadi tipe sel yang lain

dengan struktur dan fungsi yang berbeda. Metaplasia epitel biasanya

berhubungan dengan inflamasi kronik dan mungkin terkait dengan

modifikasi ekpresi satu atau beberapa faktor transkripsi (Herfs et al., 2009;

Slack & Tosh, 2001; Slack, 2007). Metaplasia epitel ditandai oleh sintesis

musin pada saluran nafas akibat regulasi dari epidermal growth factor receptor

(EGFR). Ekspresi EGFR pada epitelium bronkial akan meningkat akibat

56

aktivasi neutrofil dan aktivasi tirosin kinase EGFR sehingga memicu

hipersekresi mukus dan metaplasia sel goblet (Kim et al., 2008).

Berdasarkan teori diatas, efek paparan debu batubara terhadap

metaplasia paru sebagai peristiwa awal menuju perkembangan kanker

belum pernah dibuktikan. Oleh karena itu pada penelitian ini akan

dibuktikan mekanisme metaplasia paru akibat paparan debu batubara

melalui peningkatan inflamasi (kadar EGF) dan peningkatan stres oksidatif

(kadar MDA), yang mengaktivasi sinyal EGFR untuk ekspresi MUC5AC.

.

6.2 Metode

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental untuk menganalisa

mekanisme paparan debu batubara dalam memicu metaplasia paru melalui

peningkatan inflamasi (kadar EGF) dan peningkatan stres oksidatif (kadar

MDA), yang memicu aktivasi EGFR dan akhirnya menyebabkan ekspresi

MUC5AC. Berdasarkan penelitian pendahuluan didapatkan rerata kadar

debu batubara di lokasi pertambangan batubara Kalimantan Selatan adalah

12,5 g/m3 – 12,5 mg/m3. Pada penelitian ini ditentukan tiga dosis paparan

yakni 6,25 mg/m3, 12,5 mg/m3, dan 25 mg/m3 selama 1 jam/hari untuk lama

paparan 14 hari dan 28 hari. Lama paparan ini merujuk penelitian Armutcu

et al. (2007).

Subyek penelitian adalah tikus Wistar jantan dengan sampel

penelitian adalah jaringan paru tikus. Parameter yang diukur meliputi kadar

EGF (ELISA) dan ekspresi EGFR (Confocal Laser Scanning Microscope/CLSM),

kadar MDA (kolorimetrik), kadar MUC5AC (ELISA). Analisa EGF dan

MUC5AC dilakukan di Laboratorium Biomedik Fakultas Kedokteran

Universitas Brawijaya. Analisa MDA dilakukan di Laboratorium

Farmakologi Fakultas Kedokteran Universitas Brawijaya. Analisa EGFR

dilakukan di Laboratorium Sentral Ilmu Hayati Universitas Brawijaya.

Karakteristik debu batubara dianalisa dengan Scanning Electron Microscope

57

(SEM) dan X-Ray Fluoresence (XRF) di Laboratorium Sentral Universitas

Negeri Malang.

Penelitian ini menggunakan subjek penelitian tikus Wistar yang

diperoleh dari Laboratorium Farmakologi Fakultas Kedokteran Universitas

Brawijaya Malang, dengan berat badan 150-200 gram dalam kondisi sehat

dan berkelamin jantan. Kelompok pada penelitian tahap ini sebanyak tujuh

kelompok, terdiri atas:

Kelompok 1 : Kontrol

Kelompok 2 : Tikus dipapar debu batubara 6,25 mg/m3 1 jam/hari

selama 14 hari


selama 14 hari

Kelompok 4 : Tikus dipapar debu batubara 25 mg/m3 1 jam/hari selama

14 hari


selama 28 hari


selama 28 hari

Kelompok 7 : Tikus dipapar debu batubara 25 mg/m3 1 jam/hari selama

28 hari

6.3 Hasil penelitian

6.3.1 Karakteristik debu batubara

Pembuatan debu batubara seperti yang tercantum dalam metode

penelitian telah berhasil menciptakan partikel dengan ukuran <10

mikrometer bahkan ditemukan juga nanopartikel (<100 nanometer). Hasil

Scanning Electron Microscope dapat memperlihatkan batubara ukuran <10

mikrometer (gambar 6.1) dan nanopartikel (<100 nanometer) (gambar 6.2)

58

Gambar 6.1 Partikel debu batubara dengan ukuran < 10 mikrometer

(perbesaran 5000 kali dengan mikroskop elektron). Tampak gambaran

partikel dalam kondisi singlet atau agregat.

Gambar 6.2 Partikel debu batubara dengan ukuran nanopartikel (perbesaran

10.000 kali dengan mikroskop elektron). Tampak debu batubara dengan

ukuran nanopartikel sebagai partikel singlet.

Analisis X-Ray Fluorescence debu batubara didapatkan kandungan

mineral anorganik dari debu batubara Fe 36,9%; Si 17,9%; Mo 15%; Al 10%;

Ca 8,67%; S 4,7%; dan Ti 3,65%. Mineral yang lain berada di bawah <1%

59

meliputi K, Mn, Cu, Yb, Cr, Ni, dan V. Persentase kandungan mineral

batubara ini tersaji pada tabel 6.1.

Tabel 6.1 Kandungan mineral anorganik debu batubara (%)

Fe Si Mo Al Ca S Ti K Mn Cu Yb Cr Ni V

36,9 17,9 15 10 8,67 4,7 3,65 0,96 0,53 0,44 0,40 0,34 0,20 0,16

6.3.2 Morfologi

Dengan menggunakan scanning electron microscope dapat dibuktikan

akumulasi debu batubara berbagai ukuran di dalam paru. Partikel debu

batubara yang terakumulasi di alveolus menempel (sebagian terbenam)

pada bayangan hitam yang merupakan sel makrofag untuk fagositosis.

Selain itu juga terdapat debu batubara yang belum difagosit.

Gambar 6.3 Partikel debu batubara dengan ukuran mikropartikel

nanopartikel (perbesaran 5000 kali dengan mikroskop elektron)

terakumulasi di alveolus paru. Tampak partikel batubara di menempel atau

terbenam di permukaan paru.

Untuk paparan 14 hari, gambaran epitel bronkhiolus pada tikus

kontrol didapatkan lapisan epitel silindris bersilia dengan sedikit sel goblet

60

dengan ukuran tebal yang relatif sama. Di bawah membrana basalis tampak

jaringan ikat yang tipis dan terputus-putus (Gambar 6.4 A). Gambaran epitel

bronkhiolus kelompok paparan debu batubara 6,25 mg/m3 selama 14 hari

didapatkan lapisan epitel silindris yang mengalami proses hiperplasia,

papilifer, terjadi hiperplasia (metaplasia) sel goblet, tampak taburan sel

radang masif. Di bawah membrana basalis tampak taburan sel radang masif

berupa sel polimorfonuklear dan limfosit. Jaringan ikat mulai menebal

disekitar rongga bagian luar membentuk cincin (Gambar 6.4 B). Gambaran

epitel bronkhiolus kelompok paparan debu batubara 12,5 mg/m3 selama 14

hari didapatkan lapisan epitel silindris yang mengalami proses hiperplasia

(metaplasia) dengan gambaran hampir seluruh permukaan berbentuk

papilfer (Gambar 6.4 C). Gambaran epitel bronkhiolus kelompok paparan

debu batubara 25 mg/m3 selama 14 hari didapatkan epitel silindris yang

didominasi oleh bentuk papilifer dengan taburan sel radang masif. Jaringan

ikat yang menebal dengan taburan sel radang di sekitarnya. Selain itu,

sebagian lumen sudah tidak intact (Gambar 6.4 D).

Gambar 6.4 Gambaran histopatologis epitel bronkhiolus akibat paparan

debu batubara 14. Keterangan gambar A: kontrol; B: paparan 14 hari dosis

6,25 mg/m3; C: paparan 14 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 14 hari dosis 25

mg/m3 (Pewarnaan H&E, perbesaran 1000 x; Skala 50 m).

Untuk paparan 28 hari, gambaran epitel bronkhiolus pada tikus

kontrol didapatkan lapisan epitel silindris bersilia dengan sedikit sel goblet

dengan ukuran tebal yang relatif sama. Di bawah membrana basalis tampak

A D C B

61

jaringan ikat yang tipis dan terputus-putus (Gambar 6.5 A). Gambaran epitel

bronkhiolus kelompok paparan debu batubara 6,25 mg/m3 selama 28 hari

didapatkan jaringan ikat yang semakin dominan dengan intensitas radang

yang mulai berkurang dibandingkan paparan 14 hari (Gambar 6.5 B).

Gambaran epitel bronkhiolus kelompok paparan debu batubara 12,5 mg/m3

selama 28 hari didapatkan lapisan epitel silindris yang mengalami proses

hiperplasia (metaplasia) dengan gambaran hampir seluruh permukaan

berbentuk papilfer. Gambaran epitel bronkhiolus kelompok paparan debu

batubara 25 mg/m3 selama 28 hari didapatkan epitel silindris yang

didominasi oleh bentuk papilifer dengan taburan sel radang masif. Jaringan

ikat yang menebal dengan taburan sel radang di sekitarnya. Selain itu,

sebagian lumen sudah tidak intact.

Gambar 6.5 Gambaran histopatologis epitel bronkhiolus akibat paparan

debu batubara 28 hari. Keterangan gambar A: kontrol; B: paparan 28 hari

dosis 6,25 mg/m3; C: paparan 28 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 28 hari

dosis 25 mg/m3 (Pewarnaan H&E, perbesaran 1000 x; Skala 50 m).

Rerata ketebalan epitel bronkhiolus pada berbagai paparan debu

batubara disajikan pada tabel 6.2. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji

Kruskall-Wallis didapatkan perbedaan ketebalan epitel bronkhiolus pada

berbagai kelompok perlakuan (p=0,002). Uji Mann-Whitney didapatkan

peningkatan bermakna antara kelompok kontrol dibandingkan kelompok

paparan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,043); kelompok kontrol dibandingkan

kelompok paparan dosis 25 mg/m3 (p=0,043). Uji Mann-Whitney tidak

A C B D

62

didapatkan perbedaan bermakna antara kelompok kontrol dibandingkan

kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3 (p=0,076).

Untuk paparan debu batubara 28 hari, uji Kruskall-Wallis didapatkan

perbedaan ketebalan epitel bronkhiolus pada berbagai kelompok perlakuan

(p=0,002). Uji Mann-Whitney didapatkan peningkatan bermakna antara

kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3

(p=0,026); kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 25

mg/m3 (p=0,031); kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis

6,25 mg/m3 (p=0,046).

Tabel 6.2 Ketebalan epitel bronkhiolus pada paparan debu batubara 14 hari dan 28

hari

Dosis paparan debu batubara

Paparan 0 mg/m3 6,25 mg/m3 12,5 mg/m3 25 mg/m3

14 hari 11,00 3,41 21,00 2,50 28,00 2,16a 42,00 1,25a

28 hari 11,00 3,41 48,00 1,19a 49,00 1,02a 62,00 0,75a

Keterangan: nilai disajikan sebagai rerata standar deviasi; a p<0.05 dibandingkan

kelompok kontrol; b p<0.05 dibandingkan kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3; c

p<0.05 dibandingkan kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3

Rerata jumlah makrofag pada berbagai paparan debu batubara

disajikan pada tabel 6.3. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji Kruskall-

Wallis didapatkan perbedaan jumlah makrofag pada berbagai kelompok

perlakuan (p=0,000). Uji Mann-Whitney didapatkan peningkatan bermakna

antara kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3

(p=0,009); kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 12,5

mg/m3 (p=0,009); kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis

25 mg/m3 (p=0,009); kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan

kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,014); kelompok paparan 6,25

mg/m3 dibandingkan kelompok paparan dosis 25 mg/m3 (p=0,025);

63

kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3 dibandingkan kelompok paparan dosis

25 mg/m3 (p=0,025).

Untuk paparan debu batubara 28 hari, uji Kruskall-Wallis didapatkan

perbedaan jumlah makrofag pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,000).

Uji Mann-Whitney didapatkan peningkatan bermakna antara kelompok

kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3 (p=0,014);

kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3

(p=0,014); kelompok kontrol dibandingkan kelompok paparan dosis 25

mg/m3 (p=0,025); kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan

kelompok paparan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,043); kelompok paparan dosis 6,25

mg/m3 dibandingkan kelompok paparan dosis 25 mg/m3 (p=0,034). Uji

Mann-Whitney tidak didapatkan perbedaan bermakna antara kelompok

dosis 12,5 mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,289).

Tabel 6.3 Jumlah makrofag pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 16,10 6,01 45,98 11,16a 58,82 12,81ab 55,16 3,6 abc

28 hari 16,10 6,01 105,37 8,62a 91,35 3,17ab 97,53 1,40ab




Rerata derajat metaplasia pada berbagai paparan debu batubara

disajikan pada tabel 6.4. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji Kruskall-

Wallis tidak didapatkan perbedaan derajat metaplasia pada berbagai

kelompok perlakuan (p=0,940). Untuk paparan debu batubara 28 hari, uji

Kruskall-Wallis tidak didapatkan perbedaan ekspresi EGF pada berbagai

kelompok perlakuan (p=0,113).

64

Tabel 6.4 Derajat metaplasia pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

28 hari 0,00 0,00 12,50 13,22 21,25 6,29 20,62 23,03




Rerata ekspresi caspase-3 pada berbagai paparan debu batubara

disajikan pada tabel 6.5. Uji Kruskall-Wallis didapatkan perbedaan ekspresi

caspase-3 pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,029). Uji Mann-Whitney

didapatkan peningkatan bermakna antara kelompok kontrol dibandingkan

dosis 6,25 mg/m3 (p=0,014); kelompok kontrol dibandingkan dosis 12,5

mg/m3 (p=0,025); kelompok kontrol dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,008).

Uji Mann-Whitney tidak didapatkan perbedaan bermakna antara kelompok

dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,755); kelompok 6,25

mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,755); kelompok dosis 12,5 mg/m3

dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,536).

Untuk paparan debu batubara 28 hari, Uji Kruskall-Wallis didapatkan

perbedaan ekspresi caspase-3 pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,007).


kontrol dibandingkan dosis 6,25 mg/m3 (p=0,000); kelompok kontrol

dibandingkan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,000); kelompok kontrol dibandingkan

dosis 25 mg/m3 (p=0,000); kelompok dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan dosis

12,5 mg/m3 (p=0,049); kelompok 6,25 mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3

(p=0,007). Uji Mann-Whitney tidak didapatkan perbedaan bermakna antara

kelompok dosis 12,5 mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,295).

65

Tabel 6.5 Ekspresi caspase-3 pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 0,00 0,00 4,50 3,10a 4,00 3,16 a 5,00 0,00 a

28 hari 0,00 0,00 5,00 0,00 a 6,00 0,81 ab 6,50 1,00 ab




6.3.3 Ekspresi EGF

Rerata ekspresi EGF pada berbagai paparan debu batubara disajikan

pada tabel 6.6. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji Kruskall-Wallis

tidak didapatkan perbedaan ekspresi EGF pada berbagai kelompok

perlakuan (p=0,940). Untuk paparan debu batubara 28 hari, uji ANAVA

tidak didapatkan perbedaan ekspresi EGF pada berbagai kelompok

perlakuan (p=0,647).

Tabel 6.6 Ekspresi EGF pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 214,96 36,21 732,45 498,15 205,00 39,08 284,60 90,03

28 hari 214,96 36,21 301,80 84,30 205,02 49,40 339,16 138,82




6.3.4 Kadar malondialdehid

Rerata kadar malondialdehid pada berbagai paparan debu batubara

disajikan pada tabel 6.7. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji ANAVA

didapatkan perbedaan kadar malondialdehid pada berbagai kelompok

perlakuan (p=0,000). Uji post hoc didapatkan perbedaan bermakna antar

semua kelompok perlakuan (p=0,000). Untuk paparan debu batubara 28 hari,

66

uji ANAVA didapatkan perbedaan kadar malondialdehid pada berbagai

kelompok perlakuan (p=0,000). Uji Post Hoc didapatkan perbedaan

bermakna antar semua kelompok perlakuan (p=0,000).

Tabel 6.7 Kadar MDA pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 0,0348 0,0079 0,1328 0,0043a 0,1749 0,0109ab 0,2666 0,0118abc

28 hari 0,0348 0,0079 0,1716 0,0172a 0,2451 0,0085ab 0,3048 0,0111abc




6.3.5 Ekspresi EGFR

Analisa confocal laser scanning microscope terhadap ekspresi EGFR

untuk paparan 14 hari berbagai dosis debu batubara dengan uji Kruskal-

Wallis tidak didapatkan perbedaan yang bermakna (p=0,813). Analisa

confocal laser scanning microscope terhadap ekspresi EGFR untuk paparan 28

hari berbagai dosis debu batubara dengan uji Kruskal-Wallis tidak

didapatkan perbedaan yang bermakna (p=0,639).

Tabel 6.8 Ekspresi EGFR pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 745,45 168,43 709,48 497,15 789,07 275,53 694,88 225,04

28 hari 745,45 168,43 629,19 254,83 593,30 420,73 769,00 228,63




67

Ekspresi EGFR pada dosis 6,25 mg/m3 selama 14 hari dibandingkan

dengan kontrol didapatkan distribusi EGFR yang tidak terlokalisir, akan

tetapi terdistribusi pada seluruh parenkim paru. Ekspresi tertinggi di bagian

apical epitel bronkhiolus dan menurun pada membrana basalis. Ekspresi

dari parenkim alveolus hanya terlokalisasi sederet saja dan merata. Untuk

dosis 12,5 mg/m3 dan 25 mg/m3 selama 14 hari ditemukan ekspresi EGFR

pada epitel bronkhiolus dan ekspresi ini cenderung lebih rendah apabila

dibandingkan ekspresi di parenkim alveolus.

Gambar 6.6 Ekspresi EGFR akibat paparan debu batubara 14 hari berbagai

dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan 14 hari dosis 6,25 mg/m3; C:

paparan 14 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 14 hari dosis 25 mg/m3.

(Pengecatan dengan rhodamin, perbesaran 400 kali dengan confocal laser

scanning microscope).


dengan kontrol didapatkan distribusi EGFR di epitel bronkhiolus dengan

lokasi yang masih terlihat pada bagian apical sel epitel dan menurun ke

membrana basalis. Di parenkim alveolus terekspresi menyebar dalam

intensitas yang relatif sama dengan lokasi pada sel tertentu. Untuk dosis 12,5

mg/m3 dan 25 mg/m3 selama 28 hari ditemukan ekspresi EGFR pada epitel

bronkhiolus dan ekspresi ini cenderung lebih rendah apabila dibandingkan

ekspresi di parenkim alveolus.

A B C D

68

Gambar 6.7 Ekspresi EGFR akibat paparan debu batubara 28 hari berbagai

dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan 28 hari dosis 6,25 mg/m3; C:

paparan 28 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 28 hari dosis 25 mg/m3.

(Pengecatan dengan rhodamin, perbesaran 400 kali dengan confocal laser

scanning microscope).

6.3.6 Ekspresi MUC5AC

Ekspresi MUC5AC pada berbagai paparan debu batubara disajikan

pada tabel 6.9. Untuk paparan debu batubara 14 hari, uji Kruskall-Wallis

tidak didapatkan perbedaan ekspresi MUC5AC pada berbagai kelompok

perlakuan (p=0,566). Untuk paparan debu batubara 28 hari, uji Kruskall-

Wallis tidak didapatkan perbedaan bermakna ekspresi MUC5AC pada

berbagai kelompok perlakuan (p=0,512). Selanjutnya dengan uji Mann-

Whitney didapatkan penurunan bermakna antara kelompok kontrol

dibandingkan dosis 6,25 mg/m3 (p=0,043); kelompok kontrol dibandingkan

dosis 12,5 mg/m3 (p=0,021); kelompok kontrol dibandingkan dosis 25 mg/m3

(p=0,043). Uji Mann-Whitney tidak didapatkan perbedaan bermakna antara

kelompok dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,564);

kelompok dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,149);

kelompok dosis 12,5 mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,248).

A B C D

69

Tabel 6.9 Ekspresi MUC5AC pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari



14 hari 265,47 58,32 181,03 138,16 208,04 116,40 147,63 110,32

28 hari 265,47 58,32 51,91 35,40a 36,35 14,21a 75,27 35,73a




Ekspresi MUC5AC pada dosis 6,25 mg/m3 selama 14 hari

dibandingkan dengan kontrol didapatkan ekspresi tertinggi di bagian apical

epitel bronkhiolus dan menurun pada membrana basalis. Ekspresi dari

parenkim alveolus menyebar pada sel tertentu. Untuk dosis 12,5 mg/m3 dan

25 mg/m3 selama 14 hari ditemukan ekspresi EGFR pada epitel bronkhiolus

dan ekspresi ini cenderung lebih rendah apabila dibandingkan ekspresi di

parenkim paru.

Gambar 6.8 Ekspresi MUC5AC akibat paparan debu batubara 14 hari

berbagai dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan 14 hari dosis 6,25 mg/m3;

C: paparan 14 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 14 hari dosis 25 mg/m3.

(Pengecatan dengan FITC, perbesaran 400 kali dengan confocal laser scanning

microscope).


dengan kontrol didapatkan distribusi EGFR di epitel bronkhiolus dengan

lokasi yang masih terlihat pada bagian apical sel epitel dan menurun ke

membrana basalis. Di parenkim alveolus terekspresi menyebar dalam

A B C D

70

intensitas yang relatif sama dengan lokasi pada sel tertentu. Untuk dosis 12,5

mg/m3 dan 25 mg/m3 selama 28 hari ditemukan ekspresi EGFR pada epitel

bronkhiolus yang ekspresinya sebanding antara ekspresi di parenkim

alveolus.

Gambar 6.9 Ekspresi MUC5AC akibat paparan debu batubara 28 hari

berbagai dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan 28 hari dosis 6,25 mg/m3;

C: paparan 28 hari dosis 12,5 mg/m3; D: paparan 28 hari dosis 25 mg/m3.


microscope).

6.3.7 Uji korelasi

Uji korelasi dilakukan untuk menganalisis hubungan antar berbagai

parameter. Untuk kelompok kontrol tidak didapatkan korelasi yang

bermakna antara berbagai parameter (Tabel 6.10).

Tabel 6.10 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok kontrol

Korelasi Nilai r Nilai p

Kadar MDA dengan ekspresi EGFR -0,850 0,150

Ekspresi EGF dengan ekspresi EGFR -0,200 0,800

Ekspresi EGFR dengan ekspresi MUC5AC -0,532 0,468

Kadar MDA dengan ekspresi MUC5AC 0,758 0,242

Ekspresi EGF dengan ekspresi MUC5AC 0,303 0,697

Ekspresi EGF dengan kadar MDA -0,112 0,888

Untuk kelompok paparan 14 hari dosis 6,25 mg/m3 didapatkan

korelasi positif kuat (r=1,000), secara bermakna antara ekspresi EGF dengan

ekspresi EGFR (p=0,001). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGF maka

A B C D

71

semakin tinggi ekspresi EGFR. Korelasi positif kuat (r=0,999), secara

bermakna juga didapatkan antara ekspresi EGFR dengan ekspresi MUC5AC

(p=0,001). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGFR maka semakin tinggi

ekspresi MUC5AC. Demikian halnya antara ekspresi EGF dengan ekspresi

MUC5AC juga didapatkan korelasi kuat (p=0,999) secara bermakna (p=0,001)

(Tabel 6.11).

Tabel 6.11 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok paparan 14 hari

dosis 6,25 mg/m3



Ekspresi EGF dengan ekspresi EGFR 1,000 0,000

Ekspresi EGFR dengan ekspresi MUC5AC 0,999 0,001

Kadar MDA dengan ekspresi MUC5AC -0,392 0,608



Untuk kelompok paparan 14 hari dosis 12,5 mg/m3 tidak didapatkan

korelasi bermakna antara berbagai parameter. Untuk kelompok paparan 14

hari dosis 25 mg/m3 didapatkan korelasi positif kuat (r=0,959), secara

bermakna antara kadar MDA dengan ekspresi MUC5AC (p=0,041). Artinya,

semakin tinggi kadar MDA maka semakin tinggi ekspresi MUC5AC (Tabel

6.13).


dosis 12,5 mg/m3








72


dosis 25 mg/m3







Ekspresi EGF dengan kadar MDA 0,848 0,152

Untuk kelompok paparan 28 hari dosis 6,25 mg/m3 didapatkan

korelasi negatif kuat (r=-0,961) secara bermakna antara ekspresi EGF dengan

kadar MDA (p=0,039). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGF maka semakiin

rendah kadar MDA (Tabel 6.14). Untuk kelompok paparan 28 hari dosis 12,5

mg/m3 atau dosis 25 mg/m3 tidak didapatkan korelasi bermakna antar

parameter (Tabel 6.15 dan 6.16).


dosis 6,25 mg/m3






Ekspresi EGF dengan ekspresi MUC5AC -0,540 0,460



dosis 12,5 mg/m3








73


dosis 25 mg/m3








6.4 Pembahasan

6.4.1 Karakteristik debu batubara

Metode yang digunakan untuk pembuatan debu batubara didapatkan

diameter debu batubara <10 m dengan bentuk partikel adalah berbagai

bentuk dan bergerombol. Sifat bergerombol diduga disebabkan oleh adanya

gaya tarik antar muatan dari atom partikel debu batubara dalam bentuk

kation atau oksoion. Diameter debu batubara <10 m yang digunakan pada

penelitian ini (gambar 5.1) lebih kecil dari diameter debu batubara penelitian

Pinho et al. (2005) (<15m). Dosis paparan debu batubara pada penelitian

didasarkan pada penelitian pendahuluan yang didukung oleh pendapat

Gurel et al. (2004) dengan rentang dosis rendah – tinggi sebesar 0,5 -12,3

mg/m3.

Debu batubara tersebut dapat masuk ke saluran nafas sampai

terakumulasi di alveolus seperti terbukti pada SEM paru. Berkaitan dengan

penimbunan debu dalam saluran pernafasan, terdapat tiga mekanisme:

Mekanisme pertama melalui inersi. Mekanisme ini terjadi pada saat udara

membelok ketika melewati jalan nafas yang berbelok, maka debu batubara

diameter kecil akan didorong oleh aliran udara. Untuk partikel debu yang

berukuran besar tidak dapat mengikuti aliran udara, akibatnya

menempel/mengendap pada tempat berlekuk dimukosa saluran nafas.

Mekanisme kedua dengan cara sedimentasi. Sedimentasi terjadi pada

74

bronkus dan bronkhiolus yang kecepatan aliran udara kurang dari 1

cm/detik (sangat rendah), akibat adanya gaya gravitasi menyebabkan

partikel debu mengendap. Mekanisme ketiga berupa gerak brown,

mekanisme ini terjadi terutama pada partikel debu yang mempunyai ukuran

0.1 m yang memungkinkan partikel debu membentur dinding alveoli dan

akhirnya tertimbun.

5.4.2 Morfologi

Debu batubara di paru menimbulkan berbagai perubahan

histopatologi berbagai bagian saluran nafas yang mendasari munculnya

berbagai penyakit paru. Perubahan patologis pada epitel bronkhiolus

mengindikasikan peningkatan respon pembersihan saluran nafas terhadap

partikel debu batubara. Peningkatan respon pembersihan debu batubara

terjadi melalui perubahan morfologi serta penataan ulang sel.

Gambaran epitel bronkhiolus pada tikus kontrol didapatkan lapisan

epitel silindris bersilia dengan sedikit sel goblet dengan ukuran tebal yang

relatif sama. Di bawah membrana basalis tampak jaringan ikat yang tipis

dan terputus-putus. Perubahan yang terjadi akibat paparan debu batubara

14 hari berbagai dosis meliputi hiperplasia pada sel epitel silindris dan sel

goblet, perubahan struktur menjadi papilifer, taburan sel radang masif, serta

penebalan jaringan ikat. Pada dosis tertinggi (25 mg/m3) ditemukan

perubahan lumen menjadi tidak intact. Demikian halnya dengan perubahan

pada paparan 28 hari. Selain itu juga didapatkan peningkatan ketebalan

epitel bronkhiolus secara bermakna pada paparan 14 hari dosis 25 mg/m3

dibandingkan kontrol. Untuk paparan 28 hari, peningkatan ketebalan epitel

secara bermakna ditemukan pada semua dosis paparan dibandingkan

kontrol.

Perubahan ini mengindikasikan penataan ulang (remodelling) seluler

dalam rangka respon adaptif terhadap paparan debu batubara. Perubahan

75

epitel silindris dan sel goblet bertujuan untuk meningkatkan sekresi musin

yang bermanfaat dalam pengeluaran partikel debu. Perubahan papilifer

bertujuan untuk meningkatkan luas permukaan sehingga mengurangi lokasi

kontak dengan partikel debu batubara, meskipun tergantung kepada ukuran

partikel debu batubara. Taburan sel radang masif mengindikasikan

peningkatan respon fagositosis debu batubara serta inflamasi, yang

dibuktikan terdapat perbedaan bermakna pada paparan 14 hari dan 28 hari.

Apabila kemampuan fagositosis mengalami frustasi akan menimbulkan

perubahan pada jaringan paru atau translokasi debu batubara ke

kompartemen lain.

Apoptosis, merupakan program kematian sel yang paling umum dan

telah didefinisikan dengan baik, adalah proses fisiologis eliminasi sel yang

penting untuk menjaga perkembangan embrio dan homeostasis sel. Telah

disepakati bahwa populasi sel diatur sangat ketat melalui kecepatan

proliferasi, diferensiasi dan kematian. Disfungsi dari salah satu proses ini

menyebabkan pertumbuhan atau kematian sel yang tidak terkendali. Akan

tetapi, derajat proliferasi dan/atau kematian sel yang harus terjadi sebelum

pembentukan tumor masih belum jelas. Analisis protein yang berhubungan

dengan apoptosis sangat penting, mengingat peran kuncinya dalam

karsinogenesis (Fan et al,. 2011).

Caspase-3 merupakan downstream efektor sistein protease dalam

pathway apoptosis. Korelasi positif atau negatif ekspresi caspase-3 pada

berbagai tumor telah dilaporkan (Fan et al,. 2011). Pada penelitian ini,

paparan debu batubara meningkatkan ekspresi caspase-3. Semakin tinggi

dosis debu batubara maka semakin tinggi ekspresi caspase-3. Hal ini

mengindikasikan bahwa paparan debu batubara dapat memicu jalur

intrinsik apoptosis. Kemampuan debu batubara dalam memicu jalur

intrinsik disebabkan oleh kandungan mineral anorganik yang memicu stres

oksidatif terhadap mitokondria.

76

5.4.3 Inflamasi

Kemokin, sitokin, dan growth factor berperan penting dalam onset,

progresi dan terminasi dari reaksi paparan debu batubara terhadap paru (

Schins & Borm, 2001). Growth factors merupakan polipeptida berat molekul

kecil yang bekerja pada berbagai tipe sel untuk kepentingan proliferasi

(Gulumian et al., 2006). Epidermal growth factor (EGF) adalah protein

monomerik non-glikosilasi 6 kDa yang mengandung 53 asam amino sebagai

ligand terhadap EGFR (Harris et al., 2003). Pada penelitian ini, paparan debu

batubara meningkatkan jumlah makrofag alveolus secara bermakna. Hal ini

mengindikasikan bahwa debu batubara dapat memicu peningkataan

makrofag paru.

Sintesis musin di saluran nafas merupakan hasil regulasi EGFR.

Secara mendasar terdapat dua mekanisme aktivasi EGFR, bergantung

kepada ligand dan tidak bergantung kepada ligand. Mekanisme bergantung

ligand diaktivasi oleh EGF. Mekanisme tidak bergantung ligand diaktivasi

oleh hidrogen peroksida atau stres oksidatif. Produk dari aktivasi EGFR

adalah ekspresi gen musin, yakni MUC5AC (Kim et al, 2004).

Pada penelitian ini didapatkan ketidakbermaknaan ekspresi EGF

pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari. Pelepasan domain pro-EGF

ekstraseluler menjadi EGF matur dimediasi oleh metalloproteinase dari

famili ADAM, terutama ADAM 10 (Dreux et al., 2006). Famili ADAM

merupakan anggota zinc metalloproteinase, dan aktivitas katalitiknya

bergantung kepada aktivasi “zinc bound water” yang akan memicu serangan

nukleofilik pada rantai punggung amida dari substrat protein. Mekanisme

inhibisi terjadi apabila terdapat penggantian “zinc bound water” oleh residu

sistein, yang dikenal sebagai “the cysteine switch” (Moss et al., 2007). Tidak

terdapatnya perbedaan bermakna pada paparan debu batubara berbagai

dosis disebabkan oleh adanya “the cysteine switch” yang menghambat

77

pelepasan EGF. Komponen debu batubara yang terlibat dalam mekanisme

ini adalah sulfur melalui pembentukan kompleks dengan zinc

metalloproteinase (kompleks ZnS). Pada kelompok kontrol, keberadaan

prodomain akan menghambat pelepasan EGF.

5.4.4 Stres oksidatif

Peroksidasi lipid merupakan proses yang bersifat komplek akibat

reaksi asam lemak tak jenuh ganda penyusun fosfolipid membran sel

dengan senyawa oksigen reaktif membentuk hidroperoksida. Senyawa

oksigen reaktif ialah senyawa turunan oksigen yang lebih reaktif

dibandingkan oksigen pada kondisi dasar (ground state). Peroksidasi lipid

merupakan marker stres oksidatif. Peroksidasi lipid akibat paparan debu

batubara telah diungkap pada berbagai penelitian. Penelitian Pinho et al.,

(2005) didapatkan peningkatan pembentukan Thiobarbituric Acid Reactive

Substance (TBARS) pada paru tikus yang diberikan debu batubara melalui

instilasi intratrakea. Penelitian Armutcu et al., (2007) juga didapatkan

peningkatan kadar malondialdehid (MDA) paru dan plasma pada tikus

yang terpapar debu batubara di tambang bawah tanah selama 1, 2 dan 4

minggu.

Pada penelitian didapatkan peningkatan kadar MDA secara

bermakna pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari berbagai dosis.

Semakin tinggi dosis maka semakin tinggi stres oksidatif. Terdapat dua

mekanisme peningkatan stres oksidatif akibat paparan debu batubara.

Pertama, mekanisme non seluler yang melibatkan kandungan partikel debu

batubara sebagai pemicu pembentukan senyawa oksigen reaktif (Gurel et al.,

2004). Komponen batubara yang dapat memicu pembentukan senyawa

oksigen reaktif, antara lain Fe, V, Ti (Halliwell & Gutteridge, 1999) serta Ni,

Cu, dan Mn (Armutcu et al., 2007). Kedua, mekanisme seluler yang

78

melibatkan aktivasi neutrofil dan makrofag selama fagositosis (respiratory

burst) (Gurel et al., 2004).

5.4.5 Metaplasia

Bukti yang menunjukkan karsinogenisitas debu batubara pada

manusia dan hewan coba belum adekuat sehingga debu batubara belum

diklasifikasikan sebagai karsinogen (Kolling et al., 2011). Meskipun demikian

rangkaian prose menuju kanker melibatkan tahap metaplasia-displasia-

kanker (Delvenne et al., 2004). Metaplasia epitel adalah proses adaptif akibat

transformasi satu tipe sel epitel menjadi tipe sel yang lain dengan struktur

dan fungsi yang berbeda (Herfs et al., 2009; Slack & Tosh, 2001; Slack, 2007).

Perilaku sel dalam menerima paparan debu batubara bertujuan

sebagai proses adaptif dan homeostasis yang melibatkan perubahan struktur

sel dan perubahan fungsi sel. Dengan demikian, penentuan metaplasia sel

merupakan gabungan dari perubahan struktur sel yang dinilai secara

morfologi serta perubahan fungsi sel yang dinilai dengan perubahan

ekspresi protein. Pada penelitian ini, analisa morfologi sel telah didapatkan

perubahan metaplasia pada paparan 14 hari dan 28 hari. Penilaian derajat

metaplasia dengan skoring belum didapatkan perbedaan bermakna,

meskipun ada peningkatan pada paparan 28 hari dibandingkan kontrol.

Sementara itu, perubahan ekspresi MUC5AC sebagai market terkait fungsi

sel baru diperoleh perubahan (penurunan secara bermakna) pada paparan

28 hari. Artinya, pada penelitian ini lama paparan debu batubara yang

memicu metaplasia adalah 28 hari.

Paparan debu batubara selama 28 hari berbagai dosis menurunkan

ekspresi MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol. Demikian pula

pada paparan 14 hari juga terdapat kecenderungan penurunan ekspresi

MUC5AC. Hal ini mengindikasikan bahwa komponen debu batubara dapat

menghambat sinyal downstream EGFR. Komponen anorganik tertinggi dari

79

debu batubara adalah besi (36,9%). Pada penelitian Baldys & Aust (2004)

disimpulkan bahwa besi mampu menghambat aktivasi EGFR sehingga

menekan sinyal downstream pembentukan MUC5AC. Pada penelitian ini,

ekspresi EGFR untuk paparan 14 hari dan 28 hari berbagai dosis debu

batubara tidak didapatkan perbedaan yang bermakna.

5.4.6 Uji korelasi

Untuk kelompok paparan dosis 6,25 mg/m3 14 hari didapatkan

korelasi positif kuat (r=1,000), secara bermakna antara ekspresi EGF dengan

ekspresi EGFR (p=0,001). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGF maka

semakin tinggi ekspresi EGFR. Korelasi positif kuat (r=0,999), secara

bermakna juga didapatkan antara ekspresi EGFR dengan ekspresi MUC5AC

(p=0,001). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGFR maka semakin tinggi

ekspresi MUC5AC. Demikian halnya antara ekspresi EGF dengan ekspresi

MUC5AC juga didapatkan korelasi kuat (p=0,999) secara bermakna

(p=0,001). Hal ini mengindikasikan bahwa pada paparan debu batubara

dosis 6,25 mg/m3 selama 14 hari, sinyal yang memicu ekspresi MUC5AC

berasal dari aktivasi EGFR oleh ligand EGF. Dengan demikian, pada

kelompok ini, mekanisme ekspresi MUC5AC berlangsung bergantung

ligand. Pada kelompok kontrol atau dosis yang lain, mekanisme ekspresi

MUC5AC terjadi melalui pathway yang lain.

Untuk kelompok paparan 14 hari dosis 25 mg/m3 didapatkan korelasi

positif kuat (r=0,959), secara bermakna antara kadar MDA dengan ekspresi

MUC5AC (p=0,041). Artinya, semakin tinggi kadar MDA maka semakin

tinggi ekspresi MUC5AC. Hal ini mengindikasikan bahwa ekspresi

MUC5AC berhubungan dengan stres oksidatif, akan tetapi melalui

mekanisme di luar sinyal EGFR.

Senyawa oksigen reaktif berkontribusi terhadap regulasi growth factor,

antara lain aktivasi dan fungsi transforming growth factor- (TGF-) dan

80

platelet derived growth factor (PDGF). Senyawa oksigen reaktif dapat

mengaktivasi TGF- dan PDGF serta reseptornya, dan sebaliknya TGF- dan

PDGF mendukung pembentukan senyawa oksigen reaktif (Vuorinen et al.,

2008). Untuk kelompok paparan 28 hari dosis 6,25 mg/m3 didapatkan

korelasi negatif kuat (r=-0,961) secara bermakna antara ekspresi EGF dengan

kadar MDA (p=0,039). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGF maka semakin

rendah kadar MDA. Hal ini mengindikasikan bahwa peningkatan ekspresi

EGF akan menurunkan stres oksidatif.

5.5 Kesimpulan

Lama paparan debu batubara yang bersifat non metaplasia adalah paparan

kurang dari 28 hari.

Daftar Pustaka




13(2):105-109.




24:106-113.

Baldys A, Aust AE. 2004. Role of iron in inactivation of epidermal growth

factor receptor after asbestos treatment of human lung and pleural

target cells. American Journal Respiratory Cell Molecular Biology;

32:436-442.




Delvenne P, Hubert P, Jacobs N. 2004. Epitel metaplasia: an inadequate

environment for antitumor immunity. Trends in Immunology;

25(4):169-173.

Dreux AC, Lamb DJ, Modjtahedi H, Ferns GA. 2006. The epidermal growth

factor receptors and their family of ligands: their putative role in

atherogenesis. Atherosclerosis; 186(1):38-53.

81

Fan C, Xu H, Lin X, Yu J, Wang F. 2011. A multiple marker analysis of

apoptosis-associated protein expression in non-small cell lung cancer

in a Chinese population. Folia Histochemica et Cytobiologica;

49(2):231-239.

Gulumian M, Born PJA, Vallyathan V, Castranova V, Donaldson K, Nelson

G, Murray J. 2006. Mechanistically identified suitable biomarkers of

exposure, effect, and susceptibility for silicosis and coal-worker’s

pneumoconiosis: a comprehensive study. Journal Toxicology &

Environmental Health Part B; 9:357-395.

Gurel A, Armutcu F, Damatoglu S, Unalacak M. Demircan N. 2004.

Evaluation of erythrocyte Na+, K+, ATPase and superoxide dismutase

activities and malondialdehyde level alteration in coal miners.

European Journal Genetic Medicine; 1(4):22-28.

Harris RC, Chung E, Coffey RJ. 2003. EGF receptor ligands. Experimental

Cellular Research; 284(1):2-13.

Halliwell B, Gutteridge JMC. 1999. Free radical in biology and medicine. 3rd

Edition. Oxford: University Press.















Kim V, Rogers TJ, Criner GJ. 2008. New concepts in the pathobiology of

chronic obstructive pulmonary disease. Proceedings American

Thoracic Society; (5):478–485.

Kolling A, Ernst H, Rittinghausen S, Heinrich U. 2011. Relationship of

pulmonary toxicity and carcinogenicity of fine and ultrafine granular

dust in a rat bioassay. Inhalation Toxicology; 23(9):544-554.

Martin JC, Daniel H, LeBouffent L. Short and long term experimental study

of the toxicity of coal-mine dust of some of its constituents, In Walton

WH, editor, Inhaled particle IV. Oxford: Pergamon Press. 1977: 361-

370.

Moss ML, Bomar M, Liu Q, Dempsey P, Lemhart PM, Gillispie PA, Stoeck A,

Wildeboer D, Bartsch JW, Palmisano R, Zhou P. 2007. The ADAM10

82

prodomain is a specific inhibitor of ADAM10 proteolytic activity and

inhibits cellular sheding events. Journal Biological Chemistry;

282(49):35712-35721.




Research; 99:355-360.

Pott F, Roller M, Althoff GH, Rittinghausen S, Ernst H, Mohr U. 2000. Lung

tunors in rats after repeated intratracheal instillation of coal dust. In:

Heinrich U, Mohr U, editors. ILSI monograph Relationships between

acute and chronic effects of air pollution. Wahington, DC: ILSI Press:

409-414.







Vuorinen K, Ohlmeier S, Lepparanta O, Salmenkivi K, Myllarniemi M,

Kinnula VL. 2008. Peroxiredoxin II expression and its association with

oxidative stress and cell proliferation in human idiopathic pulmonary

fibrosis. Journal of Histochemistry & Cytochemistry; 56(10): 951-959.

83

BAB 7

Asap rokok, debu batubara, dan progresi

metaplasia

84

7. 1 Latar belakang

Penelitian epidemiologis mengindikasikan bahwa kanker paru pada

pekerja tambang batubara perokok lebih sedikit dibandingkan populasi

umum setelah setelah adjusment umur dan merokok. Meskipun demikian,

paparan debu batubara berhubungan dengan jaringan parut paru (fibrosis),

inflamasi, dan akumulasi partikel dalam makrofag alveoler. Sebagian besar

penelitian kanker paru pada pekerja tambang kesulitan untuk interpretasi

akibat keterbatasan epidemiologi dan kurang adekuatnya mengendalikan

perilaku merokok (Ghanem et al., 2004).

Asap rokok mengandung gas dan bahan kimia toksik dan atau

karsinogenik. Komposisi kimia asap rokok bergantung pada (a) jenis

tembakau (b) disain rokok, seperti ada/tidaknya filter dan (c) pola merokok

individu. Jika satu batang rokok dibakar, akan dihasilkan kira-kira 500 mg

gas (92%) dan sisanya bahan-bahan partikel padat (8%). Sebagian besar fase

gas adalah CO2, O2 dan N2. Asap rokok mengandung sekitar 1015-17

oksidan/radikal bebas dan 4700 senyawa kimia. Senyawa toksik derivat

merokok antara lain hidrokarbon aromatik terbukti menjadi karsinogenesis

paru (Yoshino & Maehara, 2007).

Kanker paru, merupakan salah satu penyakit terkait merokok,

menjadi penyebab kematian akibat kanker dengan insidensi yang meningkat

(Yoshino & Maehara, 2007). Pada berbagai penelitian telah dibuktikan

peranan asap rokok dalam peningkatan insidensi kanker pada individu yang

terpapar asbes (Mossman et al, 1996; Mossman & Churg 1998; Nelson et al.,

2002). Paparan asap rokok sebelum paparan naftalen dapat mengganggu

perbaikan sel epitel bronkial, berupa menetapnya sel skuamosa di

bronkhiolus terminalis (Plopper et al., 2001). Hal ini mengindikasikan bahwa

paparan kombinasi antara asap rokok dengan toksikan lain akan memicu

karsinogenisitas. Sampai saat ini belum ada penelitian yang menganalisis

mekanisme karsinogen akibat paparan asap rokok dan debu batubara.

85

Merokok menyebabkan inflamasi paru akibat influks makrofag,

neutrofil, sel dendritik, dan limfosit T CD8 sebagai sumber mediator

inflamasi. Merokok juga menimbulkan stres oksidatif` (Sato et al., 2006).

Inflamasi dan stres oksidatif tersebut mendasari metpalsia sebagai proses

paling awal sebelum munculnya kanker paru.

Ekspresi EGFR pada epitelium bronkial meningkat akibat aktivasi

neutrofil dan aktivasi tirosin kinase EGFR oleh ligandnya. Selanjutnya akan

terjadi hipersekresi mukus dan metaplasia sel goblet. Pada penelitian in vitro

dan in vivo didapatkan bahwa sitokin proinflamasi akan mengupregulasi

ekspresi EGFR (TGF- atau EGF) untuk induksi metaplasia. Aktivasi EGFR

dapat terjadi melalui autofosforilasi (bergantung ligan) atau transaktivasi

(tidak bergantung ligand). Selanjutnya, aktivasi EGFR akan menginduksi

gen musin MUC5AC dan ekspresi protein MUC5AC serta metaplasia sel

goblet secara (Kim et al., 2004).

Berdasarkan kajian di atas, asap rokok telah dibuktikan mampu

memicu metaplasia paru. Di Kalimantan Selatan, perilaku pekerja terpapar

debu batubara menempatkan individu pada paparan toksikan gabungan

antara asap rokok dan debu batubara. Untuk menghentikan individu dari

kebiasaan merokok acapkali menemui kesulitan sehingga pembatasan

jumlah batang rokok yang dihisap setiap hari diharapkan mengurangi efek

yang akan muncul. Oleh karena itu, berdasarkan lama paparan debu

batubara non metaplasia di tahap penelitian 1 (Bab 6), akan dikombinasikan

dengan paparan asap rokok untuk memberikan jawaban permasalahan,

“Apakah asap rokok mampu meningkatkan kejadian metaplasia akibat

paparan debu batubara?.”

7.2 Metode

Penelitian ini bertujuan menganalisis mekanisme efek interaksi

paparan asap rokok dan debu batubara dalam memicu metaplasia paru

86

melalui melalui peningkatan inflamasi (kadar EGF) dan peningkatan stres

oksidatif (kadar MDA), untuk aktivasi sinyal EGFR dan ekspresi MUC5AC.

Berdasarkan penelitian tahap 1 (Bab 6) ditentukan bahwa paparan debu

batubara yang menyebabkan metaplasia adalah paparan 28 hari. Oleh

karena itu paparan non metaplasia kurang dari 28 hari dan ditetapkan pada

paparan 21 hari.


7.3.1 Karakteristik asap rokok

Penelitian ini menggunakan rokok kretek. Merek rokok yang

digunakan adalah “Trubus Alami” produksi Tulungagung. Kandungan tar

dalam rokok yang digunakan sebesar 2,90 mg dan nikotin sebesar 44,30 mg.

Kadar CO dalam asap rokok sebesar 102,3 ppm.

7.3.2 Morfologi

Morfologi paru akibat paparan asap rokok dan debu batubara

ditampilkan di gambar 7.1. Setelah dilakukan paparan 21 hari batubara

dengan asap rokok tampak perubahan morfologi dengan gambaran

peradangan hebat, masif, dan mukus yang berlebih, dan menutupi lumen

serta metaplasia. Tampak pelebaran lumen dikelilingi sel radang, pada

bagian alveolus peradangan semakin hebat dengan pelebaran lumen alveoli

dan tampak jembatan epitelial alveolus yang hilang sehingga terjadi

emfisema lokal. Diluar lumen terjadi fibrogenesis sehingga lumen dikelilingi

jaringan ikat fibrosa yang semakin dominan sesuai dosis paparan.

87

Gambar 7.1 Gambaran histopatologis bronkhiolus paru akibat paparan asap

rokok dan debu batubara 21 hari. Keterangan gambar, perbesaran 200 kali A:

kontrol; B: paparan 21 hari dosis 6,25 mg/m3; C: paparan 21 hari dosis 12,5

mg/m3; D: paparan 21 hari dosis 25 mg/m3 (Pewarnaan H&E, perbesaran

1000 x; Skala 50 m).

Uji Kruskall-Wallis tidak didapatkan perbedaan ketebalan epitel

bronkhiolus pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,482). Uji Kruskall-

Wallis tidak didapatkan perbedaan jumlah makrofag pada berbagai


Tabel 7.1 Ketebalan epitel pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21

hari



21 hari 4,43 3,41 3,75 2,50 2,50 2,16 1,84 1,25

Keterangan: nilai disajikan sebagai rerata standar deviasi; ap<0.05 dibandingkan

kelompok kontrol; bp<0.05 dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara

6,25 mg/m3; cp<0.05 dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara 6,25

mg/m3

Tabel 7.2 Jumlah makrofag pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21

hari



21 hari 0,00 0,00 29,00 19,38 33,01 22,06 35,58 23,73




mg/m3

A B C D

88

Uji Kruskall-Wallis tidak didapatkan perbedaan derajat metaplasia

pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,068).

Tabel 7.3 Derajat metaplasia pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21

hari



21 hari 0,00 0,00 24,37 20,45 37,50 38,13 54,37 44,55




mg/m3

Rerata ekspresi caspase-3 pada berbagai paparan debu batubara

disajikan pada tabel 7.4. Uji Kruskall-Wallis didapatkan perbedaan

bermakna ekspresi caspase-3 pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,043).


kontrol dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara 6,25 mg/m3

(p=0,011); kelompok kontrol dibandingkan kelompok asap rokok + debu

batubara dosis 12,5 mg/m3 (p=0,046); kelompok kontrol dibandingkan

kelompok asap rokok + debu batubara dosis 25 mg/m3 (p=0,011). Uji Mann-

Whitney tidak didapatkan perbedaan bermakna antara kelompok asap

rokok + debu batubara dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan kelompok asap rokok

+ debu batubara dosis 12,5 mg/m3 (p=0,011); kelompok asap rokok + debu

batubara dosis 6,25 mg/m3 dibandingkan kelompok asap rokok + debu

batubara dosis 25 mg/m3 (p=1,000); kelompok asap rokok + debu batubara

dosis 12,5 mg/m3 dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara dosis

25 mg/m3 (p=0,874).

89

Tabel 7.4 Caspase-3 pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21 hari



21 hari 0,00 0,00 6,25 0,50a 5,00 3,36a 6,25 0,50a




mg/m3

7.3.3 Ekspresi EGF

Rerata ekspresi EGF pada berbagai paparan debu batubara disajikan

pada tabel 7.5. Untuk paparan asap rokok dan debu batubara 21 hari, uji

Kruskall-Wallis didapatkan perbedaan ekspresi EGF pada berbagai

kelompok perlakuan (p=0,028). Uji Mann-Whitney didapatkan peningkatan

ekspresi EGF secara bermakna antara kelompok kontrol dibandingkan

kelompok asap rokok + debu batubara 12,5 mg/m3 (p=0,021) dan kelompok

asap rokok + debu batubara 6,25 mg/m3 dibandingkan kelompok asap rokok

+ debu batubara 12,5 mg/m3 (p=0,21). Uji Mann-Whitney tidak didapatkan

perbedaan ekspresi EGF secara bermakna antara kelompok kontrol

dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara 6,25 mg/m3 (p=0,468);

kelompok kontrol dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara 25

mg/m3 (p=0,149); kelompok asap rokok + debu batubara 6,25 mg/m3

dibandingkan kelompok asap rokok + debu batubara 25 mg/m3 (p=0,149).

90

Tabel 7.5 Ekspresi EGF pada paparan asap rokok & paparan debu batubara

21 hari



21 hari 103,66 7,75 108,14 7,41 129,63 20,94ab 125,05 22,34

Keterangan: nilai disajikan sebagai rerata standar deviasi; ap<0.05

dibandingkan kelompok kontrol; bp<0.05 dibandingkan kelompok asap

rokok + debu batubara 6,25 mg/m3; cp<0.05 dibandingkan kelompok asap

rokok + debu batubara 6,25 mg/m3



disajikan pada tabel 7.6. Uji ANAVA didapatkan perbedaan kadar

malondialdehid pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,000). Uji Post Hoc

didapatkan perbedaan bermakna antar semua kelompok perlakuan

(p=0,000).

Tabel 7.6 Kadar MDA pada paparan asap rokok & debu batubara 21 hari


Paparan 0 mg/m3 6.25 mg/m3 12.5 mg/m3 25 mg/m3

21 hari 0,0348 0,0079 0,1117 0,0087a 0,1592 0,0032ab 0,2052 0,0068abc




mg/m3

7.3.5 Ekspresi EGFR


untuk paparan asap rokok dan debu batubara 21 hari disajikan pada tabel

7.7. Uji Kruskall-Wallis tidak didapatkan perbedaan bermakna antar


91

Tabel 7.7 Ekspresi EGFR pada paparan asap rokok & debu batubara 21 hari



21 hari 745,45 168,43 1003,75 479,53 716,94 175,08 632,43 109,62




mg/m3

Gambar 7.2 Ekspresi EGFR akibat paparan asap rokok dan debu batubara 21

hari berbagai dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan asap rokok dan debu

batubara 21 hari (dosis 6,25 mg/m3); C: paparan asap rokok dan debu

batubara 21 hari (dosis 12,5 mg/m3); D: paparan asap rokok dan debu

batubara 21 hari (dosis 25 mg/m3). Pengecatan dengan rhodamin, perbesaran

400 kali dengan confocal laser scanning microscope.


Ekspresi MUC5AC pada paparan asap rokok + debu batubara

berbagai dosis disajikan pada tabel 7.8. Uji Kruskall-Wallis didapatkan

perbedaan bermakna ekspresi MUC5AC pada berbagai kelompok perlakuan

(p=0,000). Uji Mann-Whitney didapatkan penurunan bermakna antara

kelompok kontrol dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,043); kelompok dosis

6,25 mg/m3 dibandingkan dosis 12,5 mg/m3 (p=0,021); kelompok dosis 6,25

mg/m3 dibandingkan dosis 25 mg/m3 (p=0,043). Uji Mann-Whitney tidak

didapatkan perbedaan bermakna antara kelompok kontrol dibandingkan

dosis 6,25 mg/m3 (p=0,386); dan antara kelompok kontrol dibandingkan

dosis 12,5 mg/m3 (p=0,083).

A B C D

92

Tabel 7.8 Ekspresi MUC5AC pada asap rokok & paparan debu batubara 21 hari



21 hari 0,80 0,28 0,65 0,10 0,39 0,11b 0,40 0,11ab




mg/m3

Gambar 7.3 Ekspresi MUC5AC akibat paparan asap rokok dan debu

batubara 21 hari berbagai dosis. Keterangan A: kontrol; B: paparan asap

rokok dan debu batubara 21 hari (dosis 6,25 mg/m3); C: paparan asap rokok

dan debu batubara 21 hari (dosis 12,5 mg/m3); D: paparan asap rokok dan

debu batubara 21 hari (dosis 25 mg/m3). Pengecatan dengan FITC,

perbesaran 400 kali dengan confocal laser scanning microscope.

7.3.7 Uji korelasi


parameter. Untuk kelompok kontrol tidak didapatkan korelasi bermakna

antar parameter. Demikian pula untuk paparan asap rokok dan debu

batubara berbagai dosis juga tidak didapatkan korelasi bermakna antar

parameter (p>0,05).

A B C D

93









Tabel 7.10 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok paparan asap rokok

dan debu batubara 21 hari dosis 6,25 mg/m3


Kadar MDA dengan ekspresi EGFR 0,687 0,313






Tabel 7.11 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok paparan asap rokok

dan debu batubara 21 hari dosis 12,5 mg/m3








Tabel 7.12 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok kelompok paparan

asap rokok dan debu batubara 21 hari dosis 25 mg/m3








94

7.4 Pembahasan

7.4.1 Karakteristik asap rokok

Apabila satu batang rokok dibakar, akan dihasilkan kira-kira 500 mg

gas (92%) dan sisanya partikel padat (Yoshino & Maehara, 2007). Asap rokok

juga mengandung asetaldehide, hidroquinon, formaldehid, benzo(a)pyrene,

cresol, nikotin, katekol, akrolein, coumarin, anthracen, nitrogen oksida dan

logam berat (Gensch et al., 2004). Pada penelitian ini, kandungan tar asap

rokok sebesar 2,90 mg dan nikotin sebesar 44,30 mg. Kandungan tar dan

nikotin yang digunakan dalam penelitian ini lebih rendah dari rokok di

penelitian Zhang et al., (2008) sebesar 13 mg (tar). Untuk nikotin, lebih tinggi

dari di penelitian Zhang et al., (2008) sebesar 1,4 mg (nikotin). Tar

mengandung radikal stabil dalam konsentrasi tinggi, yang secara terus

menerus tersimpan dalam paru perokok.

7.4.2 Morfologi

Setelah dilakukan paparan 21 hari batubara dengan asap rokok dan

debu batubara tampak perubahan morfologi bronkhiolus meliputi dengan

peradangan hebat, masif, dan sekresi mukus yang menutupi lumen serta

gambaran metaplasia. Tampak pelebaran lumen dengan dikelilingi sel-sel

radang, Pada bagian alveolus peradangan semakin hebat dengan pelebaran

lumen alveoli dan tampak septum interalveolus yang putus sehingga terjadi

emfisema lokal. Diluar lumen terjadi fibrogenesis sehingga lumen dikelilingi

jaringan ikat fibrosa yang semakin dominan sesuai dosis paparan.

Pada penelitian Zhang et al. (2008) yang memaparkan asap rokok

selama 1 bulan, 2 bulan, dan 4 bulan. Pada paparan 1 bulan didapatkan

hiperplasia sel goblet, sekresi mukus pada epitel saluran nafas, dan

kerusakan septum interalveoler. Sementara itu, untuk paparan 4 bulan

didapatkan serat kolagen yang mengisi interstitium alveolus. Pada

penelitian ini didapatkan gambaran morfologi yang mirip dengan penelitian

95

di atas (paparan 1 bulan). Percepatan fibrogenesis paru dalam penelitian ini

disebabkan oleh dua hal, yakni interaksi asap rokok dan debu batubara dan

tingginya kandungan bahan aktof di asap rokok.

Pada penelitian ini, paparan debu batubara dan asap rokok

meningkatkan ekspresi caspase-3 secara bermakna. Hal ini mengindikasikan

komponen kombinasi debu batubara dan asap rokok akan memicu jalur

intrinsik apoptosis.

7.4.3 Inflamasi

Inflamasi paru didefinisikan sebagai kluster kecil sel inflamasi di

dalam aleveoli yang terdiri atas makrofag alveolar dan limfosit. Inflamasi

mempunyai tujuan spesifik. Inflamasi akut bertujuan untuk perlindungan

organ terhadap kerusakan, akan tetapi inflamasi kronis berhubungan

dengan perkembangan penyakit (Carter & Misra, 2010). Pada penelitian ini,

papran kombinasi debu batubar dan asap rokok tidak meningkatkan jumlah

makrofag. Hal ini mengindikasikan kemampuan bahan aktif kombinasi

dalam memicu apoptosis makrofag. Pada penelitian ini, paparan asap rokok

disertai paparan debu batubara dosis 12,5 mg/m3 menyebabkan peningkatan

ekspresi EGF secara bermakna dibandingkan kontrol. Pada penelitian tahap

1 telah dibuktikan bahwa paparan debu batubara tidak menyebabkan

peningkatan ekspresi EGF secara bermakna. Dengan demikian, interaksi

asap rokok dengan debu batubara dosis 12,5 mg/m3 menyebabkan

peningkatan pelepasan domain pro-EGF ekstraseluler menjadi EGF matur

yang dimediasi oleh metalloproteinase dari famili ADAM, terutama ADAM

10 (Dreux et al, 2006). Berbagai penelitian telah membuktikan peningkatan

aktivitas matriks metalloproteinase akibat paparan asap rokok (Carter &

Misra, 2010). Penelitian Zhang et al. (2005) dibuktikan bahwa asap rokok

mengaktivasi MMP untuk pelepasan EGF, selanjutnya memicu fosforilasi

EGFR untuk aktivasi MAPK. Pada penelitian ini, ekspresi EGFR tidak

96

berbeda bermakna pada berbagai kelompok perlakuan sehingga

peningkatan EGF tidak diikuti oleh upregulasi EGFR.


Pada penelitian ini terbukti bahwa paparan asap rokok dan debu

batubara meningkatkan stres oksidatif paru (p=0,000). Hal ini

mengindikasikan bahwa komponen asap rokok dan komponen debu

batubara akan berinteraksi untuk memicu stres oksidatif. Asap rokok

mengandung 1017 molekul oksidan setiap hisapan, pada main stream maupun

side stream (Anto et al, 2002). Fase gas dan fase partikulat dari asap rokok

mengandung nitrit oksida, radikal superoksida, dan radikal peroksil organik

(Bielicki et al., 1995; Anto et al., 2002). Radikal pada fase gas sangat reaktif

dan mempunyai waktu paruh yang cepat. Radikal pada fase partikulat

relatif stabil, dan terdiri atas kompleks hidroquinone-semiquinon-quinon.

Kompleks ini merupakan sistem redoks aktif yang dapat mereduksi molekul

oksigen membentuk radikal superoksida. Selain itu, asap rokok juga

mengandung logam, antara lain nickel dan cadmium yang bersifat long lived

(Anto et al., 2002).

Radikal bebas dari asap rokok akan berinteraksi dengan antioksidan

di cairan pelapis epitel di epitel saluran nafas dan membran sel secara

langsung untuk memicu kerusakan (van der Toorn et al., 2009). Penelitian

Sato et al. (2006) didapatkan peningkatan kerusakan oksidatif di jaringan

paru meliputi peroksidasi lipid (MDA).





aktivasi makrofag dan leukosit polimorfonuklear (Nadif et al., 2005; Armutcu

et al., 2007).

97

Pada mekanisme langsung, kapasitas oksidatif dari komponen

bioaktif debu batubara utamanya disebabkan oleh kandungan logam

transisi, meliputi Fe, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, dan silika. Beberapa metal

tersebut dapat mengkatalisis reaksi Fenton untuk menghasilkan senyawa

oksigen reaktif (Armutcu et al., 2007). Pada penelitian Altin et al (2004) yang

membandingkan stres oksidatif antara indidvidu sehat dengan pekerja

tambang batubara didapatkan hasil bahwa terdapat perbedaan sangat

bermakna pada kadar MDA plasma.

Pada mekanisme tidak langsung, selama fagositosis partikel

terinhalasi, terjadi pembentukan radikal superoksida yang akan mengalami

dismutasi membentuk hidrogen peroksida. Apabila terdapat ion metal

transisi, misalnya ion Fe atau Cu, maka hidrogen peroksida dikonversi

menjadi radikal hidroksil (reaksi Fenton atau Haberr-Weiss). Pembentukan

senyawa oksigen reaktif yang berlebih akan melampaui kemampuan

kapasitas antioksidan sehingga terjadi stres oksidatif paru. Selanjutnya,

produksi enzim proteolitik dan elastase, bersama dengan senyawa oksigen

reaktif akan mendenaturasi protein, merusak karbohidrat, peroksidasi lipid,

dan konsekuensinya memicu perubahan, misalnya fibrosis (Altin et al., 2004).

Fibrosis yang ditemukan pada penelitian ini berhubungan dengan stres

oksidatif.

7.4.5 Metaplasia

Apabila dibandingkan dengan bukan perokok, resiko insidensi

kanker paru pada perokok lebih besar 22 kali lipat pada pria dan 12 kali lipat

pada wanita (Zhang et al., 2008). Telah diketahui bahwa remodeling saluran

nafas bagian atas dan bagian bawah menjadi metaplasia skuamosa, yang

menghasilkan perkembangan penyakit, berhubungan dengan paparan asap

rokok (Yee et al., 2009). Perkembangan maupun insidensi kanker paru akibat

gabungan asap rokok dan debu batubara belum ada yang meneliti.

98

Berbagai kandungan asap rokok nampaknya memicu peningkatan

MUC5AC. Penelitian Borchers et al. (1999) dinyatakan bahwa paparan

akrolein akan meningkatkan ekspresi mRNA MUC5AC. Penelitian Chiba et

al. (2011) menyatakan bahwa benzo(a)pyrene menyebabkan upregulasi

MUC5AC. Penelitian Almolki et al. (2008) juga mendapatkan peningkatan

ekspresi MUC5AC akibat paparan asap rokok. Pada penelitian ini, paparan

asap rokok disertai paparan debu batubara dosis 25 mg/m3 menyebabkan

penurunan ekspresi MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol. Hal

ini mengindikasikan bahwa komponen aktif dari asap rokok atau debu

batubara memblokade sinyal EGFR dalam produksi MUC5AC.

Penelitian Kim et al. (2004) memaparkan lipopolisakarida untuk

menginduksi sel goblet metaplasia ditemukan peningkatan ekspresi

MUC5AC yang dapat dihambat oleh pemberian matrik metalloproteinase

inhibitor, dengan demikian gabungan asap rokok dan debu batubara pada

penelitian ini akan memunculkan efek analog dengan matrik

metalloproteinase inhibitor.

7.5 Kesimpulan

Paparan kombinasi asap rokok dan debu batubara selama 21 hari

menyebabkan percepatan metaplasia.

Daftar Pustaka

Almolki A, Guenegou A, Golda S, Boyer L, Benallaoua M, Amara N. 2008.

Heme oxygenase-1 prevents airway mucus hypersecretion induced by

cigarette smoke in rodents and humans. The American Journal of

Pathology; 173(4):983-994.




13(2):105-109.

Anto RJ, Mukhopadhyay A, Shishodia S, Gairola CG, Aggarwl BB. 2002.

Cigarette smoke condensates activates nuclear transcription factor-B

99

and degradation of IB: correlation with induction of cycloxygenase-

2. Carcinogenesis; 23(9):1511-1518.




24:106-113.

Bielicki JK, McCall MR, van den Berg JJM, Kuypers FA, Forte TM. 1995.

Copper and gas phase cigarette smoke inhibit plasma lecithin:

cholesterol acyltransferase activity by different mechanisms. Journal

of Lipid Research; 36:322-331.

Borchers MT, Wesselkamper S, Wert SE, Shapiro SD, Leikauf GD. 1999.

Monocyte inflammation augments acrolein-induced MUC5AC

expression in mouse lung. American Journal Physiology Lung


Carter CA, Misra M. 2010. Effects of short-term cigarette smoke exposure on

Fischer 344 rats and on secreted lung proteins. Toxicology Pathology;

38:402.

Chiba T, Uchi H, Tsuji G, Gondo H, Moroi Y, Furue M. 2011.

Arylhydrocarbon receptor (AhR) activation in airway epithelial cells

induces MUC5AC via reactive oxygen species (ROS) production.

Pulmonary Phramcology & Therapeutics; 24:133-140.




Gensch E, Gallup M, Sucher A, Li D, Gebremichale A, Lemjabbar H,

Mengistab A, Dasari V, Hothkiss J, Harkena J, Basbaum C. 2004.

Tobacco smoke control of mucin production in lung cells requires

oxygen radicals AP-1 and JNK. The Journal of Biological Chemistry;

279(37):39085-39093.




Biology; 31:171-187.





Mossman BT, Churg A. 1998. Mechanisms in the pathogenesis of asbestosis

and silicosis. American Journal Respiratory Critical Care Medicine;

157:1666-1680.

Mossman BT, Kamp DW, Weitzman SA. 1996. Mechanisms of carcinogenesis

and clinical features of asbestos-associated cancers. Cancer

Investigation; 14:466-480.

100




39(12):1345–1350.

Nelson HH, Kesley KT. 2002. The molecular epidemiology of asbestos and

tobacco in lung cancer. Oncogene; 21:7248-7288.

Plopper CG, Van Winkle LS, Fanucchi MV, Malburg SR, Nishio SJ, Chang A,

Buckpitt AR. 2001. Early events in naphthalene induce acute Clara cell

toxicity: II. Comparison of glutahione depletion and histopathology

by airway location. American Journal Respiration Cellular Molecular

Biology; 24:272-281.






van der Toorn M, Rezayat D, Kauffman HK, Bakker SJ, Gans ROB, Koeter

GH, Choi AMK, van Oosterhoust AJM, Slebos D. 2009. Lipid-soluble

components in cigarette smoke induce mitochondrial production of

reactive oxygen species in lun epithelial cells. American Journal

Physiology Lung Celluler Molecular Physiology; 297:L109-L114.

Yee KK, Pribitkin EA, Cowart BJ, Vainius AA, Klocl CT, Rosen D, Hahn C,

Rawson NE. 2009. Smoking-associated squamous metaplasia in

olfactory mucosa of patients with chronic rhinosinusitis. Toxicology

Pathology; 37:594.

Yoshino I, Maehara Y. 2007. Impact of smoking statis on the biological

behavior of lung cancer. Surgery Today; 37L725-734.

Zhang S, Xu N, Nie J, Dong L, Li J, Tong J. 2008. Proteomic alterations in

lung tissue of rats exposed to cigarette smoke. Toxicology Letters;

178:191-196.

Zhang X, Zhang H, Tighiouart M, Lee JE, Shin HJ, Khuri FR, Yang CS, Chen

Z, Shin DM. 2005. Synergistic inhibition of head and neck growth by

green tea epigallocathecin-3-gallate and EGFR tyrosine kinase

inhibitor. International Journal Cancer; 123(5):1005-1014.

101

BAB 8

Asap rokok, debu batubara, dan

regresi metaplasia

102

8.1 Latar belakang

Pada pekerja yang terpapar debu batubara, salah satu toksikan yang

menjadi faktor resiko progresivitas munculnya berbagai penyakit adalah

merokok. Meskipun individu tersebut terpapar dengan dua toksikan yang

saling berinteraksi, upaya untuk menghambat patologi yang muncul sulit

untuk mencapai hasil yang maksimal. Paparan dengan debu batubara dapat

diatur dengan penggunaan shift kerja, pemakaian masker, dan pemberian

zat gizi. Akan tetapi, kebiasaan merokok merupakan suatu adiksi yang sulit

untuk dihentikan. Nikotin merupakan zat aktif dan bersifat additif pada

rokok (Dom et al., 2011).

Asap rokok merupakan campuran komplek dari berbagai senyawa

volatil dan partikel (Hong et al., 2001). Remodeling saluran nafas bagian atas

dan bagian bawah menjadi metaplasia skuamosa, yang menghasilkan

perkembangan penyakit, berhubungan dengan paparan asap rokok (Yee et

al., 2009). Berbagai penelitian pada hewan coba dan kultur jaringan

mengindikasikan respon protektif sel epitel bronkial terhadap cedera toksik,

berupa perubahan struktur. Fenomena ini sangat dinamis dan multi tahap.

Sel epitel akan bermigrasi dengan cepat menuju daerah yang mengalami

kerusakan, berproliferasi, dan akhirnya berdiferensiasi menjadi fenotip

normal untuk perbaikan fungsi. Meskipun demikian, proliferasi dan

diferensiasi abberant akan memicu perkembangan berbagai penyakit saluran

nafas, termasuk kanker paru. Sebagai contoh, paparan asap rokok akan

memicu hiperplasia sel epitel dan metaplasi squamosa, yang

dipertimbangkan sebagai tahap praneoplasia, meskipun mekanismenya

belum jelas (Zhang et al., 2005).

Berdasarkan kajian di atas, asap rokok telah dibuktikan mampu

memicu metaplasia paru. Di Kalimantan Selatan, perilaku pekerja terpapar

debu batubara menempatkan individu pada paparan toksikan gabungan

antara asap rokok dan debu batubara. Penghentian paparan debu batubara

103

dan asap rokok diharapkan mengurangi efek yang akan muncul. Oleh

karena itu, berdasarkan efek metaplasia akibat kombinasi paparan asap

rokok dan debu batubara pada tahap penelitian 2 (Bab 7), terungkap

permasalahan, “Apakah penghentian paparan asap rokok dan debu

batubara menyebabkan regresi metaplasia?.”

8.2 Metode

Berdasarkan penelitian tahap 2 (Bab 7) disimpulkan bahwa paparan

kombinasi asap rokok dan debu batubara selama 21 hari menyebabkan

penurunan ekspresi MUC5AC atau mempercepat terjadinya metaplasia.

Penelitian tahap ini akan menganalisis efek penghentian paparan terhadap

regresi metaplasia paru setelah paparan kombinasi asap rokok dan debu

batubara selama 21 hari. Setelah dilakukan paparan kombinasi asap rokok

dan debu batubara selama 21 hari, akan dilakukan penghentian paparan

selama 7 hari, 14 hari, dan 21 hari. Kelompok pada penelitian ini meliputi:

P0 : Kontrol

P1 : Kombinasi paparan asap rokok + debu batubara 21 hari

P2 : Kombinasi paparan asap rokok + debu batubara 21 hari +

penghentian paparan selama 7 hari






8.3.1 Morfologi paru

Pada penghentian paparan 7 hari dan 14 hari, metaplasia masih

terlihat, sel goblet masih banyak dengan sedikit perpendekan/penebalan

ukuran sel, proses radang, dengan taburan sel radang tidak terlihat

104

perbedaan, disekitar lumen bagian luar terlihat penebalan jaringan ikat.

Jaringan ikat ini pada penghentian paparan 21 hari malah semakin dominan.

Gambaran lumen setelah paparan 7 hari tampak epitel ketebalannya

minimal, sedangkan 14 hari mulai menebal, pada 21 hari setelah paparan

terlihat unsur epitel mulai teratur dan sel goblet mulai berkurang sampai

minimal, terlihat perpanjangan ketebalan sel yang dominan.

A

A

CB

CB

Gambar 8.1 Gambaran histopatologis epitel bronkhiolus akibat penghentian

paparan asap rokok dan debu batubara. Keterangan gambar A: kontrol; B:

paparan asap rokok + debu batubara 21 hari dosis 25 mg/m3; C: penghentian

paparan selama 7 hari; D: penghentian paparan selama 14 hari; E:

penghentian paparan selama 21 hari (Pewarnaan H&E, perbesaran 1000 x;

Skala 50 m).

Rerata ketebalan epitel pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan pada tabel 8.1. Uji Kruskal-Wallis tidak didapatkan perbedaan

bermakna ketebalan epitel antar kelompok perlakuan (p=0,050).

Tabel 8.1 Ketebalan epitel pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21

hari yang diberikan penghentian paparan 7 hari, 14 hari dan 21 hari.

Kelompok

Tebal P0 P1 P2 P3 P4

Epitel 0,00 0,00 3,68 1,19 3,93 1,02 3,84 0,60 3,62 0,75


kelompok P0; bp<0.05 dibandingkan kelompok P1; cp<0.05 dibandingkan kelompok

P2; dp<0.05 dibandingkan kelompok P3

Rerata jumlah makrofag pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan pada tabel 8.2. Uji ANOVA didapatkan perbedaan bermakna antar

A B C D E A

105

kelompok perlakuan (p=0,000). Uji Post Hoc didapatkan perbedaan

bermakna antar semua kelompok perlakuan (p=0,000).

Tabel 8.2 Jumlah makrofag pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21


Kelompok

Jumlah P0 P1 P2 P3 P4

Makrofag 13,33 1,51 47,44 0,68a 37,66 1,18 ab 28,22 1,03 abc 23,55 1,77 abcd




Rerata derajat metaplasia pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan pada tabel 8.3. Uji Kruskal-Wallis didapatkan perbedaan bermakna

antar kelompok perlakuan (p=0,016). Uji Mann-Whitney didapatkan

peningkatan bermakna derajat metaplasia antara kelompok P0 dengan

kelompok P1 (p=0,014); kelompok P0 dengan kelompok P2 (p=0,013);

kelompok P0 dengan kelompok P3 (p=0,014); kelompok P2 dengan

kelompok P4 (p=0,042). Uji Mann-Whitney tidak didapatkan perbedaan

bermakna derajat metaplasia antara P1 dengan P2 (p=0,772); kelompok P1

dengan kelompok P3 (p=0,773); kelompok P2 dengan kelompok P3 (p=1,000);

kelompok P3 dengan kelompok P4 (p=0,110).

Tabel 8.3 Derajat metaplasia pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21


Kelompok

Derajat P0 P1 P2 P3 P4

Metaplasia 0,00 0,00 3,68 1,19a 3,93 1,02 a 3,84 0,60 a 3,62 0,75 c




106

Rerata ekspresi caspase-3 pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan pada tabel 8.4. Uji Kruskal-Wallis didapatkan perbedaan bermakna

antar kelompok perlakuan (p=0,014). Uji Mann-Whitney didapatkan

peningkatan bermakna ekspresi caspase-3 antara kelompok P0 dengan




bermakna ekspresi caspase-3 antara P0 dengan P4 (p=0,127); kelompok P1



kelompok P4 (p=0,237); kelompok P3 dengan kelompok P4 (p=0,061).

Tabel 8.4 Ekspresi caspase-3 pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21


Kelompok

Ekspresi P0 P1 P2 P3 P4

Caspase-3 0,00 0,00 6,25 0,50 a 5,00 2,3 a 5,00 0,60 a 2,00 2,30 b




8.3.2 Ekspresi EGF

Rerata ekspresi EGF pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan pada tabel 8.5. Penghentian paparan menyebabkan peningkatan

ekspresi EGF. Uji Kruskal-Wallis didapatkan perbedaan bermakna antar

kelompok perlakuan (p=0,000). Uji Mann-Whitney didapatkan peningkatan

bermakna ekspresi EGF antara kelompok P0 dengan kelompok P1 (p=0,037);





107

bermakna ekspresi EGF antara P1 dengan P2 (p=0,078); kelompok P2 dengan



Tabel 8.5 Ekspresi EGF pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21 hari

yang diberikan penghentian paparan 7 hari, 14 hari dan 21 hari.

Kelompok


EGF

(pg/mL)

103,66 6,00 125,05 17,30 157,66 52,02a 168,03 13,82ab 163,23 21,56ab






disajikan pada tabel 8.6. Uji ANAVA didapatkan perbedaan kadar

malondialdehid pada berbagai kelompok perlakuan (p=0,000). Uji post hoc

didapatkan peningkatan bermakna antara kelompok P0 dengan kelompok

P1 (p=0,000); kelompok P0 dengan kelompok P2 (p=0,000); kelompok P0

dengan kelompok P3 (p=0,000); kelompok P0 dengan kelompok P4 (p=0,000).

Uji Post Hoc didapatkan penurunan bermakna antara kelompok P1 dengan


kelompok P3 dengan kelompok P4 (p=0,001). Uji Post Hoc tidak didapatkan

perbedaan bermakna antara kelompok P1 dengan kelompok P2 (p=0,633);


kelompok P3 (p=0,064).

108

Tabel 8.6 Kadar MDA pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21 hari

yang diberikan penghentian paparan 7 hari, 14 hari dan 21 hari.

Kelompok

Kadar P0 P1 P2 P3 P4

MDA

(ng/mL)

0,0345 0,0061 0,2052 0,0106a 0,2096 0,0196a 0,1919 0,0157a 0,1572 0,0208abcd

Keterangan: nilai disajikan sebagai rerata standar deviasi ap<0.05 dibandingkan



8.3.4 Ekspresi EGFR


untuk penghentian paparan selama 7 hari, 14 hari, dan 21 hari setelah

diberikan paparan asap rokok dan debu batubara 21 hari disajikan pada

tabel 8.7. Uji Kruskal-Wallis tidak didapatkan perbedaan bermakna antar


Tabel 8.7 Ekspresi EGFR pada asap rokok & paparan debu batubara 21 hari yang

diberikan penghentian paparan 7 hari, 14 hari dan 21 hari.

Kelompok


EGFR (pg/mL) 789,84 150,96 644,39 117,19 1049,81 480,86 748,78 123,33 745,94 343,84




Gambar 8.2 Ekspresi EGFR akibat paparan asap rokok dan debu batubara 21

hari serta penghentian paparan. Keterangan A: kontrol; B: paparan asap

rokok dan debu batubara 21 hari (dosis 25 mg/m3); C: penghentian 7 hari; D:

penghentian 14 hari; E: penghentian 21 hari. (Pengecatan dengan rhodamin,

perbesaran 400 kali dengan confocal laser scanning microscopei).

A B C D E

109


Rerata ekspresi MUC5AC pada berbagai lama penghentian paparan

disajikan dibandingkan kontrol disajikan pada tabel 8.8. Penghentian

paparan menyebabkan peningkatan ekspresi MUC5AC. Uji Kruskal-Wallis

didapatkan perbedaan bermakna antar kelompok perlakuan (p=0,000). Uji

Mann-Whitney didapatkan peningkatan bermakna ekspresi MUC5AC

antara kelompok P0 dengan kelompok P2 (p=0,004); kelompok P0 dengan



kelompok P3 (p=0,004); kelompok P1 dengan kelompok P4 (p=0,004). Uji

Mann-Whitney didapatkan penurunan bermakna ekspresi MUC5AC antara

kelompok P0 dengan kelompok P1 (p=0,006). Uji Mann-Whitney tidak

didapatkan perbedaan bermakna ekspresi MUC5AC antara kelompok P2



Tabel 8.8 Ekspresi MUC5AC pada paparan asap rokok & paparan debu batubara 21


Kelompok


MUC5AC (pg/mL) 0,80 0,22 0,40 0,08a 2,22 1,36ab 2,33 0,53ab 2,79 0,89ab




110

Gambar 8.3 Ekspresi MUC5AC akibat paparan asap rokok dan debu

batubara 21 hari serta penghentian paparan. Keterangan A: kontrol; B:

paparan asap rokok dan debu batubara 21 hari (dosis 25 mg/m3); C:

penghentian 7 hari; D: penghentian 14 hari; E: penghentian 21 hari.


microscope).

8.3.6 Uji korelasi


parameter. Untuk kelompok kontrol tidak didapatkan korelasi bermakna

antar berbagai parameter. Demikian halnya untuk kelompok paparan asap

rokok dan batubara dosis 25 mg/m3 selama 21 hari.









Tabel 8.10 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok kelompok paparan

asap rokok dan debu batubara 21 hari dosis 25 mg/m3








A B C D E

111

Untuk kelompok paparan penghentian paparan selama 7 hari

didapatkan korelasi negatif kuat (r=-0,856) secara bermakna antara ekspresi

EGF dengan kadar MDA (p=0,029). Artinya, semakin tinggi ekspresi EGF

akan semakin rendah kadar MDA. Untuk kelompok penghentian paparan

selama 14 hari dan 21 hari tidak didapatkan korelasi bermakna antar

parameter (Tabel 8.11).

Tabel 8.11 Korelasi antara berbagai parameter pada kelompok penghentian

paparan 7 hari









paparan 14 hari









paparan 21 hari








112

Pembahasan

8.4.1 Morfologi paru

Berdasarkan morfologi yang terlihat setelah perlakuan penghentian

paparan asap rokok dan debu batubara terjadi pembentukan sel epitel

silindris baru melalui mekanisme apoptosis dan sebagian nekrosis untuk

melepaskan sel yang telah mengalami jejas dari membrana basalis (regresi).

Mekanisme pembentukan sel epitel silindris baru terjadi melalui proliferasi

dan diferensiasi sel clara. Bentuk dan morfologi sel clara akan disesuaikan

dengan fungsi untuk menyapu rangsangan atau benda asing dari luar.

Meskipun demikian, penebalan jaringan ikat sekitar lumen terlihat

permanen dan cenderung bertambah (progresif dan ireversibel). Dengan

demikian, penghentian paparan dapat memicu regresi metaplasia sel epitel

silindris meskipun belum mampu mengembalikan jaringan ikat ke arah

fisiologis.

Secara normal, apoptosis merupakan respon homeostasis untuk

mengeliminasi sel yang rusak atau sel senescence. Bentuk kematian sel ini

dapat diinduksi oleh stres fisik, kimia, atau lingkungan. Aktivasi apoptosis

bergantung kepada sistem proteolitik yang melibatkan berbagai famili

enzim intraseluler yang disebut caspase. Caspase-3; -8; -9 merupakan inisiasi

dan eksekusi kematian sel, sedangkan yang lain terlibat dalam inflamasi,

Caspase tersedia dalam status prekursor. Apabila terdapat sinyal pro-

apoptosis, akan terjadi cleave pro-caspase menjadi enzim aktif (Aschkenasy et

al., 2011). Pada penelitian ini, penghentian paparan 21 hari memicu

penurunan penurunan caspase-3 dibandingkan kelompok paparan.

Penurunan caspase-3 disebabkan oleh penurunan stres oksidatif.

113

8.4.2 Inflamasi

Sitokin/faktor pertumbuhan menjadi dua kelompok yakni bersifat

mitogenik (meningkatkan proliferasi sel) dan fibrogenik (meningkat sintesis

matriks ekstraseluler). Contoh sitokin mitogenik adalah TGF-, IL-1, TNF-

dan insulin like growth factor. Adapun TGF- tergolong sitokin fibrogenik. IL-

6 adalah sitokin mitogenik dan fibrogenik (Huang & Zhang, 2003; Huang &

Finkelman, 2008). EGF merupakan mitogen yang menstimulasi proliferasi

dari berbagai tipe sel, terutama sel epitel dan fibroblas.

Epidermal growth factor receptor adalah regulator kunci dari proliferasi

sel epitel. Sinyal EGFR terjadi akibat ikatan EGF atau EGF like growth factor

yang menyebabkan homodimerisasi molekul EGFR atau heterodimerisasi

dengan reseptor terdekat yang berkaitan. Sinyal downstream yang diaktivasi

oleh EGFR adalah fosforilasi MAPK. Sinyal extracelluler regulated kinase (ERK)

1/2 berhubungan dengan survival dan proliferasi sel, sedangkan sinyal c-jun

N terminal kinase (JNK) dan p38 berhubungan dengan apoptosis (Luppi et

al, 2007).

Pada penelitian tahap 2 telah dibuktikan bahwa paparan asap rokok

disertai paparan debu batubara dosis 12,5 mg/m3 menyebabkan peningkatan

ekspresi EGF secara bermakna dibandingkan kontrol. Penghentian paparan

14 hari dan 21 meningkatkan ekspresi EGF secara bermakna dibandingkan

kontrol atau paparan asap rokok dan debu batubara. Hal ini

mengindikasikan keterlibatan EGF dalam regresi metaplasia. Peningkatan

ekspresi EGF ditujukan untuk memicu sinyal EGFR dalam proliferasi sel

epitel saluran nafas. Hal ini didukung oleh kecenderungan peningkatan

ekspresi EGFR pada kelompok paparan 14 hari dan 21 hari dibandingkan

kelompok paparan asap rokok dan debu batubara.

114


Stres oksidatif yang disebabkan oleh senyawa oksigen reaktif

merupakan faktor utama dalam penurunan fungsi fisiologis, yang

berkontribusi dalam disfungsi mekanisme transport ion, perubahan aktivitas

listrik, dan transduksi sinyal dalam sel (Nam et al., 2002). Telah diketahui

bahwa oksidan yang terkandung dalam asap rokok akan memicu kerusakan

struktur biologis. Asap rokok juga meningkatkan sel inflamasi yang

memperberat stres oksidatif (Barreiro et al., 2010). Pada berbagai penelitian,

telah diungkapkan adanya peningkatan peroksidasi lipid (Morrow et al.,

1995; Frei et al., 1991), oksidasi protein dan thiol (Reznick et al., 1992), serta

oksidasi DNA dalam darah perokok serta berbagai organ pada hewan coba

(Park et al., 1998).

Destruksi peroksidatif membran sel akan memicu kehilangan

integritas fungsional dan pembentukan produk awal peroksidasi lipid,

antara lain MDA. Di lain pihak, MDA bersifat mutagenik dan

prokarsinogenik akibat kemampuan reaksi dengan gugus fungsional

berbagai komponen, antara lain asam amino protein, basa asam nukleat,

basa N dari fosfolipid, dan gugus SH dari senyawa sulfhidril (Palozza et al,

2006).

Pada penelitian ini, penghentian paparan selama 7, 14 dan 28 hari

belum dapat menurunkan kadar MDA mendekati kadar kontrol (tanpa

paparan), meskipun terdapat penurunan apabila dibandingkan kelompok

paparan asap rokok dan debu batubara. Hal ini mengindikasikan bahwa

perbaikan kerusakan oksidatif berlangsung secara lambat dengan

mekanisme bergantung kepada penggantian seluler. Fakta ini diikuti oleh

penurunan jumlah makrofag pada kelompok penghentian paparan 7, 14 dan

28 hari dibandingkan kelompok paparan, meskipun belum menyamai

kontrol. Hal ini mengindikasikan bahwa sumber senyawa oksigen reaktif

secara tidak langsung (aktivitas makrofag) juga menurun.

115

8.4.4 Metaplasia

Mukus saluran nafas membentuk barrier protektif antara epitel

saluran nafas dan lingkungan. Mukus berpartisipasi dalam pertukaran

panas dan air dalam saluran nafas, mengikat partikel dan bakteri untuk

dipindahkan dari saluran nafas melalui eskalator mukosilia. Mukus juga

mempunyai fungsi antiprotease dan antioksidan. MUC5AC dominan

diekspresikan oleh sel goblet (Voynow, 2002; Henke et al, 2004). Pada

penelitian tahap 2 telah dibuktikan bahwa paparan asap rokok disertai

paparan debu batubara dosis 25 mg/m3 menyebabkan penurunan ekspresi

MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol. Hal ini mengindikasikan

bahwa komponen aktif dari asap rokok dan debu batubara memblokade

sinyal EGFR dalam produksi MUC5AC. Pada penelitian ini, penghentian

paparan selama 7 hari, 14 hari, dan 21 hari meningkatkan ekspresi

MUC5AC. Hal ini mengindikasikan bahwa aktivitas blokade sinyal EGFR

dalam produksi MUC5AC yang disebabkan oleh reaktivitas komponen aktif

dari asap rokok dan debu batubara mulai berkurang.

Apabila asap rokok dikombinasikan dengan debu batubara akan

memicu efek penurunan ekspresi MUC5AC. Penelitian Kim et al. (2004)

memaparkan lipopolisakarida untuk menginduksi sel goblet metaplasia

ditemukan peningkatan ekspresi MUC5AC yang dapat dihambat oleh

pemberian matrik metalloproteinase inhibitor, dengan demikian

penghentian paparan asap rokok dan debu batubara pada penelitian ini

akan memunculkan efek analog dengan matrik metalloproteinase.

8.4.5 Uji korelasi

Untuk kelompok paparan penghentian paparan selama 7 hari

didapatkan korelasi negatif kuat (r=-0,856) secara bermakna antara ekspresi

116

EGF dengan kadar MDA (p=0,029). Hal ini mengindikasikan bahwa

peningkatan ekspresi EGF akan menurunkan stres oksidatif.

8.5 Kesimpulan

Penghentian paparan kombinasi asap rokok dan debu batubara memicu

penurunan jumlah makrofag, peningkatan ekspresi EGF dan MUC5AC yang

bertujuan untuk regresi metaplasia.

Daftar Pustaka

Aschkenasy G, Bromberg Z, Raj N, Deutschman CS, Weiss YG. 2011.

Enhanced Hsp 70 expression protects against acute lung injury by

modulating apoptotic pathway. Plos ONE 6(11): e26956.

doi:10.1371/journal.pone.0026956.

Barreiro E, Peinado VI, Galdiz JB, Ferrer E, Marin-Corral J, Sanchez F, Gea J,

Barbera JA. 2010. Cigarette smoke-induced oxidative stres. A role in

chronic obstructive pulmonary disease skeletal muscle dysfunction.

American Joural Respiration Critical Care Medicine; 182:477-488.

Dom AM, Buckley AW, Brown KC, Egleton RD, Marcelo AJ. Proper NA,

Weller DE, Shah YH, Lau JK, Dasgupta P. 2011.The 7-nicotinic

acetylcholine receptor and MMP-2/-9 pathway mediate the

proangiogenic effect of nicotine in human retinal endothelial cells.

Investigation Ophthalmology Vision Science; 52:4428-4438.

Frei B, Forte TM, Ames BN, Cross CE. 1991. Gas phase oxidants of cigarette

smoke induce lipid peroxidation and changes in lipoprotein

properties in human blood plasma: protective effcets of ascorbic acid.

Biochemical Journal; 277:133-138.

Henke MO, Renner A, Huber RM, Seeds MC, Rubin BK. 2004. MUC5AC and

MUC5B mucins are decreased in cystic fibrosis airway secretions.

American Journal Respiration Cellular Molecular Biology; 31: 86-91.

Hong Y, Kim H, Im M, Lee K, woo B, Christiani DC. 2001. Maternal genetic

effects on neonatal susceptibility to oxidative damage from

environmental tobacco smoke. Journal of the National Cancer

Institute; 93(8):645-647.





117








Luppi F, Longo AM. Boer WI. Rabe KF, Hiemstra PS. 2007. Interleukin-8

stimulates cell proliferation in non-small cell lung cancer through

epidermal growth factor receptor transactivation. Lung Cancer; 56:25-

33.

Morrow JD, Frei B, Longmire AW, Gaziano JM, Lynch Sm, Shyr Y, Strauss

WE, Oates JA, Roberts LJ. 1995. Increase in circulating products of

lipid peroxidation (F2-isoprostanes) in smokers: smoking as a cause of

oxidative damage. New England Journal of Medicine; 332:1198-1203.

Nam SH, Jung SY, You C, Ahn EH, Suh CK. 2002. H2O2 enhances Ca2+ release

from osteoblast internal stores. Yonsei Medical Journal; 43(2):229-235.

Palozza P, Serini S, Trombino S, Lauriola L, Ranelletti FO, Calviello G. 2006.

Dual role of -carotene in combinationwith cigarette smoke aqueos

extract on the formation of mutagenic lipid peroxidation in lung

membranes: dependence on pO2. Carcinogenesis; 27(12):2383-2391.

Reznick AZ, Cross CE, Hu ML, Suzuki YJ, Khwaja S, Safadi A, Motchnik PA,

Packer L, Halliwell B. 1992. Modification of plasma proteins by

cigarette smoka as measured by carbonyl formation. Biochemical

Journal; 199; 286:607-611.

Voynow JA. 2002. What does mucin have to do with lung disease? Paediatric

Respiratory Reviews; 3:98-103.




Pathology; 37:594.

Zhang Q, Adiseshaihah P, Reddy SP. 2005. Matrix

metalloproteinase/epidermal growth factor receptor/mitogen-

activated protein kinase signaling regulate fra-1 induction by cigarette

smoke in lung epithelial cells. American Journal Respiration Cellular

Molecular Biology; 32: 72-81.

118

BAB 9

Pembahasan umum

119

9.1 Karakteristik

9.1.1 Debu batubara

Metode yang digunakan untuk pembuatan debu batubara berhasil

didapatkan particulate matter debu batubara yang mempunyai diameter <10

m. Particulate matter debu batubara tersebut mempunyai morfologi partikel

singlet atau agregat. Partikel singlet adalah satu butir partikel debu

batubara. Partikel agregat adalah gabungan atau pengelompokan dari

partikel singlet. Sifat agregat disebabkan oleh adanya gaya tarik antar

muatan dari atom partikel debu batubara dalam bentuk kation atau oksoion.

Diameter debu batubara <10 m yang digunakan pada penelitian ini

lebih kecil dari diameter debu batubara penelitian Pinho et al. (2005) (<15m)

akan tetapi lebih besar dibandingkan penelitian Ghanem et al. (2004) (3,4 m)

dan Armutcu et al. (2007) (0,5-5 m). Dosis paparan debu batubara pada

penelitian didasarkan pada penelitian pendahuluan yang didukung oleh

pendapat Gurel et al. (2004) dengan rentang dosis rendah – tinggi sebesar 0,5

-12,3 mg/m3.

Debu batubara yang digunakan dalam penelitian ini mempunyai

diameter yang berbeda dibandingkan peneliti terdahulu. Meskpin demikian,

debu batubara <10 m tersebut terbukti masuk ke saluran nafas dan mampu

mencapai alveolus seperti terlihat pada SEM paru. Terdapat tiga mekanisme

penimbunan debu batubara dalam saluran pernafasan. Mekanisme inersi

terjadi pada saat udara membelok ketika melewati jalan nafas yang berbelok,

maka debu batubara diameter kecil akan didorong oleh aliran udara. Untuk

partikel debu yang berukuran besar tidak dapat mengikuti aliran udara,

akibatnya menempel/mengendap pada tempat berlekuk dimukosa saluran

nafas. Mekanisme sedimentasi terjadi pada bronkus dan bronkhiolus yang

kecepatan aliran udara kurang dari 1 cm/detik (sangat rendah), akibat

adanya gaya gravitasi menyebabkan partikel debu mengendap. Mekanisme

gerak brown terjadi terutama pada partikel debu yang mempunyai ukuran

120

0,1 m yang memungkinkan partikel debu membentur dinding alveoli dan

akhirnya tertimbun.

Komponen anorganik debu batubara pada penelitian ini meliputi Fe

36,9%; Si 17,9%; Mo 15%; Al 10%; Ca 8,67%; S 4,7%; dan Ti 3,65%. Mineral

yang lain berada di bawah <1% meliputi K, Mn, Cu, Yb, Cr, Ni, dan V.

Dalam susunan tabel periodik, komponen anorganik tersebut tergolong

metal (Fe, Mo, Al, Ca, Ti, K, Mn, Cu, Yb, Cr, Ni dan V) metaloid (Si ) dan

bukan metal (S).

9.1.2 Asap rokok

Apabila satu batang rokok dibakar, akan dihasilkan kira-kira 500 mg

gas (92%) dan sisanya partikel padat (Yoshino & Maehara, 2007). Asap rokok

juga mengandung asetaldehide, hidroquinon, formaldehid, benzo(a)pyrene,

cresol, nikotin, katekol, akrolein, coumarin, anthracen, nitrogen oksida dan

logam berat (Gensch et al., 2004).

Pada penelitian ini, kandungan tar asap rokok sebesar 2,90 mg dan

nikotin sebesar 44,30 mg. Kandungan CO pada asap rokok di penelitian ini

sebesar 102,3 ppm. Kandungan nikotin dan CO yang digunakan dalam

penelitian ini lebih tinggi dari rokok di penelitian Zhang et al., (2008) sebesar

1,4 mg (nikotin) dan CO sebesar 14 mg. Untuk kandungan tar lebih rendah

dibandingkan penelitian Zhang et al., (2008), yakni 13 mg.

Tar mengandung radikal stabil dalam konsentrasi tinggi, yang secara

terus menerus tersimpan dalam paru perokok. Interaksi antara debu

batubara dan asap rokok terjadi antara partikel – gas atau partikel – partikel.

121

8.2 Morfologi

8.2.1 Progresi

Berbagai penelitian yang telah dilakukan untuk menganalisis

morfologi hanya ditujukan terhadap morfologi paru, belum ada yang

berfokus terhadap epitel bronkolaveolus. Penelitian Ghanem et al. (2004)

memaparkan debu batubara yang diberikan secara instilasi intratrakea.

Instilasi dosis 2,5; 10; 20; dan 40 debu batubara/tikus selama 14 hari

didapatkan perubahan histopatologis berupa hiperplasia dan hipertrofi

alveolar tipe 2, serta makrofag yang mengingesti debu berada di rongga

alvoelus maupun jaringan instertitial paru. Penelitian Armutcu et al. (2007)

memaparkan tikus pada udara ambien tambang debu batubara di bawah

tanah selama 7; 14; dan 28 hari diperoleh perubahan histopatologis paru

berupa kongesti alveoler, peningkatan makrofag alveolus, emfisema,

infiltrasi makrofag dan neutrofil di interstitial serta fibrosis.

Pada penelitian ini, perubahan histopatologis epitel bronkhiolus

mengindikasikan peningkatan respon pembersihan saluran nafas terhadap

partikel debu batubara. Peningkatan respon pembersihan debu batubara

terjadi melalui perubahan morfologi serta penataan ulang sel. Gambaran

epitel bronkhiolus pada tikus kontrol didapatkan lapisan epitel silindris

bersilia dengan sedikit sel goblet dengan ukuran tebal yang relatif sama. Di

bawah membrana basalis tampak jaringan ikat yang tipis dan terputus-

putus. Perubahan yang terjadi akibat paparan debu batubara 14 hari

berbagai dosis meliputi hiperplasia pada sel epitel silindris dan sel goblet,

perubahan struktur menjadi papilifer, taburan sel radang masif, serta

penebalan jaringan ikat. Pada dosis tertinggi (25 mg/m3) ditemukan

perubahan lumen menjadi tidak intact. Demikian halnya dengan perubahan

pada paparan 28 hari.

Respon paru terhadap debu batubara berupa reaksi nonneoplasma

akibat inhalasi komponen mineral atau organik dan merupakan resultan

122

perubahan struktur paru (Honma et al, 2004; Fishwick, 2008). Perubahan

epitel bronkhiolus akibat paparan debu batubara menampilkan penataan

ulang (remodelling) seluler dalam rangka respon adaptif. Perubahan epitel

silindris dan sel goblet bertujuan untuk meningkatkan sekresi musin yang

bermanfaat dalam pengeluaran partikel debu. Perubahan papilifer bertujuan

untuk meningkatkan luas permukaan sehingga mengurangi lokasi kontak

dengan partikel debu batubara, meskipun tergantung kepada ukuran

partikel debu batubara. Taburan sel radang masif mengindikasikan

peningkatan respon fagositosis debu batubara serta inflamasi. Apabila

kemampuan fagositosis mengalami frustasi akan menimbulkan perubahan

pada jaringan paru atau translokasi debu batubara ke kompartemen lain.

Peran penting makrofag alveolar terhadap debu batubara didapatkan

dari beberapa pengamatan yang mengungkapkan bahwa subjek hewan coba

yang dipapar secara kronik oleh mineral mengalami peningkatan makrofag

alveolar di paru yang mengingesti partikel. Bahkan beberapa partikel

anorganik juga dapat diingesti oleh makrofag secara in vitro. Status

fagositosis makrofag selama masa aktivasi merupakan rentang yang panjang

untuk membentuk produk berupa oksidan, lipid bioaktif, sitokin, faktor


target mediator primer tersebut, yang meliputi fibroblas, sel endotel, dan sel

epitel. Selanjutnya sel target akan melepaskan mediator sekunder.

Fagositosis oleh makrofag mencerminkan pembersihan partikel dalam fase

lambat dan cepat tersaturasi sehingga terjadi kelebihan muatan partikel yang

akan berdampak negatif terhadap sel epitel (Schins & Borm, 1999). Paparan

debu batubara meningkatkan jumlah makrofag. Setelah diberikan paparan

gabungan dengan asap rokok, terjadi penurunan jumlah makrofag.

Peningkatan jumlah makrofag disebabkan oleh kandungan debu batubara

yang memicu fagositosis. Apabila terdapat asap rokok akan terjadi apoptosis

jumlah makrofag.

123

Komponen anorganik debu batubara pada penelitian ini meliputi Fe

36,9%; Si 17,9%; Mo 15%; Al 10%; Ca 8,67%; S 4,7%; dan Ti 3,65%. Mineral

yang lain berada di bawah <1% meliputi K, Mn, Cu, Yb, Cr, Ni, dan V.

Dalam susunan tabel periodik, komponen anorganik tersebut tergolong

metal (Fe, Mo, Al, Ca, Ti, K, Mn, Cu, Yb, Cr, Ni dan V) metaloid (Si ) dan

bukan metal (S). Metal bersifat karsinogenik dalam bentuk ion bebas,

kompleks metal, partikel metal, dan senyawa dengan kelarutan rendah.

Toksisitas metal dan senyawanya ditentukan oleh sifat fisikokimia.

8.2.2 Regresi

Epitel paru merupakan barrier antara udara yang terinhalasi dengan

jaringan di bawahnya. Untuk menjaga barrier ini, penempatan ulang dan

perbaikan epitel sangat penting. Kematian sel melalui apoptosis sangat

penting untuk eliminasi sel rusak selama remodelling jaringan dan inflamasi.

Gangguan dalam proses fisiologis ini, menyebabkan munculnya nekrosis

atau apoptosis berlebihan disertai ganggian fungsi barrier epitelium untuk

memicu cedera paru dan perkembangan penyakit (Kosmider et al., 2011).

Sel Clara merupakan sel non silia di lapisan epitel bronkhiolus

(Minai-Tehrani et al., 2011). Sel epitel yang mengekspresikan Clara Cell

Secreted Protein (CCSP) berimplikasi sebagai sel progenitor untuk perbaikan

normal dari sel epitel saluran nafas. Penekanan sel ini akan berkontribusi

terhadap patogenesis penyakit. Dengan kata lain, hilangnya sel Clara

bersama dengan kapasitas progenitornya akan berkontribusi terhadap

mekanisme perbaikan lokal sel epitel (Palmer et al., 2011; Minai-Tehrani et al.,

2011).

Berdasarkan morfologi yang terlihat setelah perlakuan penghentian

paparan asap rokok dan debu batubara terjadi pembentukan sel epitel

silindris baru melalui mekanisme apoptosis dan sebagian nekrosis untuk

melepaskan sel yang telah mengalami jejas dari membrana basalis (regresi).

124

Mekanisme pembentukan sel epitel silindris baru terjadi melalui proliferasi

dan diferensiasi sel clara. Bentuk dan morfologi sel clara akan disesuaikan

dengan fungsi untuk menyapu rangsangan atau benda asing dari luar.

Meskipun demikian, penebalan jaringan ikat sekitar lumen terlihat

permanen dan cenderung bertambah (progresif dan ireversibel). Dengan

demikian, penghentian paparan dapat memicu regresi metaplasia sel epitel

silindris meskipun belum mampu mengembalikan jaringan ikat ke arah

fisiologis.

Sel Clara merupakan progenitor utama epitel saluran nafas bagian

distal. Pada mencit terpapar naftalen telah dibuktikan bahwa tahap

perbaikan epitelium saluran nafas terdiri atas tahap proliferatif dan tahap

diferensiasi. Tahap proliferatif terjadi dalam waktu 1 sampai 2 hari dan

dilanjutkan tahap diferensiasi yang secara normal akan lengkap dalam 2

minggu (Zhou et al., 2011). Proliferasi sel epitel memerlukan pergerakan dari

fase G1 ke fase S dari siklus sel (Cohen et al., 2007). Pada penelitian ini,

penghentian paparan selama 21 hari telah mengembalikan sel epitel menuju

normal. Artinya, tahap proliferasi dan tahap diferensiasi telah dicapai dalam

rentang 21 hari untuk paparan debu batubara dan asap rokok.

Kanker paru akan muncul setelah rangkaian perubahan patologis (lesi

preneoplasia) yang diawali oleh proliferasi (hiperplasia). Proliferasi sel yang

tida terkendali bersama dengan penekanan kemampuan apoptosis

merupakan dasar terjadinya progesi neoplasia. Dengan demikian,

peningkatan aktivitas proliferasi secara kausal berhubungan dengan

karsinogenesis dan progresi tumor (Dey et al., 2011).

Induksi apoptosis dipertimbangkan sebagai salah satu mekanisme

dalam penghambatan perkembangan kanker. Berbagai bukti juga

menunjukkan bahwa apoptosis mencerminkan mekanisme perlindungan

terhadap perkembangan neoplasia melalui eliminasi sel yang secara genetik

telah rusak atau sel yang telah mengalami proliferasi yang tidak tepat oleh

125

berbagai faktor (Singh et al., 2011). Paparan debu batubara dengan atau

tanpa asap rokok meningkatkan ekspresi caspase-3. Setelah dilakukan

penghentian paparan, ekspresi caspase-3 akan menurun yang disebabkan

oleh terhentinya jalur intrinsik apoptosis.

8.3 Inflamasi

8.3.1 Progresi

Inflamasi paru didefinisikan sebagai kluster kecil sel inflamasi di

dalam alveoli, terdiri atas makrofag alveolar dan limfosit. Inflamasi

mempunyai tujuan spesifik. Inflamasi akut bertujuan untuk perlindungan

organ terhadap kerusakan, akan tetapi inflamasi kronis berhubungan

dengan perkembangan penyakit (Carter & Misra, 2010). Makrofag

merupakan leukosit yang terdapat di cairan pelapis epitelial paru dan

berfungsi untuk membersihkan debris atau patogen di saluran nafas.

Makrofag alveolar merupakan leukosit yang mendominasi (88-95%)

bronkoalveolar lavage pada kondisi normal (Gould et al., 2011). Paparan

debu batubara meningkatkan jumlah makrofag secara bermakna. Paparan

gabungan asap rokok dan debu batubara tidak meningkatkan jumlah

makrofag, disebabkan oleh daya apoptosis asap rokok terhadapa makrofag.

Penghentian paparan dapat menurunkan jumlah makrofag, akibat

penurunan keperluan fagositosis.

Kemokin, sitokin, dan growth factor berperan penting dalam onset,

progresi dan terminasi dari reaksi paparan debu batubara terhadap paru (

Schins & Borm, 2001). Growth factors merupakan polipeptida berat molekul

kecil yang bekerja pada berbagai tipe sel untuk kepentingan proliferasi

(Gulumian et al., 2006). Epidermal growth factor (EGF) adalah protein

monomerik non-glikosilasi 6 kDa yang mengandung 53 asam amino sebagai

ligand terhadap EGFR (Harris et al., 2003). Sel epitel saluran nafas

merupakan regulator inflamasi saluran nafas (Hitoshi et al., 2011). Selain itu,

126

makrofag sebagai sel yang paling melimpah di rongga alveolus, merupakan

mediator sinyal inflamasi di paru (Gould et al., 2011).

Pada penelitian tahap 1 (Bab 6) didapatkan ketidakbermaknaan

ekspresi EGF pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari. Pelepasan

domain pro-EGF ekstraseluler menjadi EGF matur dimediasi oleh

metalloproteinase dari famili ADAM, terutama ADAM 10 (Dreux et al, 2006).

Famili ADAM merupakan anggota zinc metalloproteinase, dan aktivitas

katalitiknya bergantung kepada aktivasi “zinc bound water” yang akan

memicu serangan nukleofilik pada rantai punggung amida dari substrat

protein. Mekanisme inhibisi terjadi apabila terdapat penggantian “zinc bound

water” oleh residu sistein, yang dikenal sebagai “the cysteine switch” (Moss et

al, 2007). Tidak terdapatnya perbedaan bermakna pada paparan debu

batubara berbagai dosis disebabkan oleh adanya “the cysteine switch” yang

menghambat pelepasan EGF. Komponen debu batubara yang terlibat dalam

mekanisme ini adalah sulfur melalui pembentukan kompleks dengan zinc

metalloproteinase (kompleks ZnS). Pada kelompok kontrol, keberadaan

prodomain akan menghambat pelepasan EGF.

Pada penelitian tahap 2 (Bab 7), paparan asap rokok disertai paparan

debu batubara dosis 12,5 mg/m3 menyebabkan peningkatan ekspresi EGF

secara bermakna dibandingkan kontrol. Pada penelitian tahap 1 telah

dibuktikan bahwa paparan debu batubara tidak menyebabkan peningkatan

ekspresi EGF secara bermakna. Dengan demikian, interaksi asap rokok

dengan debu batubara dosis 12,5 mg/m3 menyebabkan peningkatan

pelepasan domain pro-EGF ekstraseluler menjadi EGF matur yang dimediasi

oleh metalloproteinase dari famili ADAM, terutama ADAM 10 (Dreux et al,

2006). Berbagai penelitian telah membuktikan peningkatan aktivitas matriks

metalloproteinase akibat paparan asap rokok (Carter & Misra, 2010).

Penelitian Zhang et al. (2005) dibuktikan bahwa asap rokok mengaktivasi

MMP untuk pelepasan EGF, selanjutnya memicu fosforilasi EGFR untuk

127

aktivasi MAPK. Pada penelitian ini, ekspresi EGFR tidak berbeda bermakna

pada berbagai kelompok perlakuan sehingga peningkatan EGF tidak diikuti

oleh upregulasi EGFR.

8.3.2 Regresi

Sitokin/faktor pertumbuhan menjadi dua kelompok yakni bersifat

mitogenik (meningkatkan proliferasi sel) dan fibrogenik (meningkat sintesis

matriks ekstraseluler). Contoh sitokin mitogenik adalah TGF-, IL-1, TNF-

dan insulin like growth factor. Adapun TGF- tergolong sitokin fibrogenik. IL-

6 adalah sitokin mitogenik dan fibrogenik (Huang & Zhang, 2003; Huang &

Finkelman, 2008). EGF merupakan mitogen yang menstimulasi proliferasi

dari berbagai tipe sel, terutama sel epitel dan fibroblas.

Epidermal growth factor receptor adalah regulator kunci dari proliferasi

sel epitel. Sinyal EGFR terjadi akibat ikatan EGF atau EGF like growth factor

yang menyebabkan homodimerisasi molekul EGFR atau heterodimerisasi

dengan reseptor terdekat yang berkaitan. Sinyal downstream yang diaktivasi

oleh EGFR adalah fosforilasi MAPK. Sinyal extracelluler regulated kinase (ERK)

1/2 berhubungan dengan survival dan proliferasi sel, sedangkan sinyal c-jun

N terminal kinase (JNK) dan p38 berhubungan dengan apoptosis (Luppi et

al, 2007).

Paparan asap rokok disertai paparan debu batubara dosis 12,5 mg/m3

menyebabkan peningkatan ekspresi EGF secara bermakna dibandingkan

kontrol. Penghentian paparan 14 hari dan 21 meningkatkan ekspresi EGF

secara bermakna dibandingkan kontrol atau paparan asap rokok dan debu

batubara. Hal ini mengindikasikan keterlibatan EGF dalam regresi

metaplasia. Peningkatan ekspresi EGF ditujukan untuk memicu sinyal EGFR

dalam proliferasi sel epitel saluran nafas. Hal ini didukung oleh

kecenderungan peningkatan ekspresi EGFR pada kelompok paparan 14 hari

dan 21 hari dibandingkan kelompok paparan asap rokok dan debu batubara.

128

8.4 Stres oksidatif

8.4.1 Progresi

Peroksidasi lipid merupakan proses komplek akibat reaksi asam

lemak tak jenuh ganda penyusun fosfolipid membran sel dengan senyawa

oksigen reaktif membentuk hidroperoksida. Senyawa oksigen reaktif ialah

senyawa turunan oksigen yang lebih reaktif dibandingkan oksigen pada

kondisi dasar (ground state). Peroksidasi lipid merupakan marker stres

oksidatif. Peroksidasi lipid akibat paparan debu batubara telah diungkap

pada berbagai penelitian. Penelitian Pinho et al. (2005) didapatkan

peningkatan pembentukan Thiobarbituric Acid Reactive Substance (TBARS)

pada paru tikus yang diberikan debu batubara melalui instilasi intratrakea.

Penelitian Armutcu et al. (2007) juga didapatkan peningkatan kadar

malondialdehid (MDA) paru dan plasma pada tikus yang terpapar debu

batubara di tambang bawah tanah selama 1, 2 dan 4 minggu.

Pada penelitian tahap 1 (Bab 6) didapatkan peningkatan kadar MDA

secara bermakna pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari berbagai

dosis. Semakin tinggi dosis maka semakin tinggi stres oksidatif. Terdapat

dua mekanisme peningkatan stres oksidatif akibat paparan debu batubara.

Pertama, mekanisme non seluler yang melibatkan kandungan partikel debu

batubara sebagai pemicu pembentukan senyawa oksigen reaktif (Gurel et al.,

2004). Komponen batubara yang dapat memicu pembentukan senyawa

oksigen reaktif, antara lain Fe, V, Ti (Halliwell & Gutteridge, 1999) serta Ni,

Cu, dan Mn (Armutcu et al., 2007). Kedua, mekanisme seluler yang

melibatkan aktivasi neutrofil dan makrofag selama fagositosis (respiratory

burst) (Gurel et al., 2004).

Pada penelitian tahap 2 (Bab 7) terbukti bahwa paparan asap rokok

dan debu batubara meningkatkan stres oksidatif paru (p=0,000). Hal ini

mengindikasikan bahwa komponen asap rokok dan komponen debu

batubara akan berinteraksi untuk memicu stres oksidatif. Asap rokok

129

mengandung 1017 molekul oksidan setiap hisapan, pada main stream maupun

side stream (Anto et al, 2002). Fase gas dan fase partikulat dari asap rokok

mengandung nitrit oksida, radikal superoksida, dan radikal peroksil organik

(Bielicki et al., 1995; Anto et al., 2002). Radikal pada fase gas sangat reaktif

dan mempunyai waktu paruh yang cepat. Radikal pada fase partikulat

relatif stabil, dan terdiri atas kompleks hidroquinone-semiquinon-quinon.

Kompleks ini merupakan sistem redoks aktif yang dapat mereduksi molekul

oksigen membentuk radikal superoksida. Selain itu, asap rokok juga

mengandung logam, antara lain nickel dan cadmium yang bersifat long lived

(Anto et al., 2002).

Radikal bebas dari asap rokok akan berinteraksi dengan antioksidan

di cairan pelapis epitel di epitel saluran nafas dan membran sel secara

langsung untuk memicu kerusakan (van der Toorn et al., 2009). Penelitian

Sato et al. (2006) didapatkan peningkatan kerusakan oksidatif di jaringan

paru meliputi peroksidasi lipid (MDA).





aktivasi makrofag dan leukosit polimorfonuklear (Nadif et al., 2005; Armutcu

et al., 2007).

Pada mekanisme langsung, kapasitas oksidatif dari komponen

bioaktif debu batubara utamanya disebabkan oleh kandungan logam

transisi, meliputi Fe, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, dan silika. Beberapa metal

tersebut dapat mengkatalisis reaksi Fenton untuk menghasilkan senyawa

oksigen reaktif (Armutcu et al., 2007). Pada penelitian Altin et al (2004) yang

membandingkan stres oksidatif antara indidvidu sehat dengan pekerja

tambang batubara didapatkan hasil bahwa terdapat perbedaan sangat

bermakna pada kadar MDA plasma.

130

Pada mekanisme tidak langsung, selama fagositosis partikel

terinhalasi, terjadi pembentukan radikal superoksida yang akan mengalami

dismutasi membentuk hidrogen peroksida. Apabila terdapat ion metal

transisi, misalnya ion Fe atau Cu, maka hidrogen peroksida dikonversi

menjadi radikal hidroksil (reaksi Fenton atau Haberr-Weiss). Pembentukan

senyawa oksigen reaktif yang berlebih akan melampaui kemampuan

kapasitas antioksidan sehingga terjadi stres oksidatif paru. Selanjutnya,

produksi enzim proteolitik dan elastase, bersama dengan senyawa oksigen

reaktif akan mendenaturasi protein, merusak karbohidrat, peroksidasi lipid,

dan konsekuensinya memicu perubahan, misalnya fibrosis (Altin et al., 2004).

Fibrosis yang ditemukan pada penelitian ini berhubungan dengan stres

oksidatif.

8.4.2 Regresi

Stres oksidatif yang disebabkan oleh senyawa oksigen reaktif

merupakan faktor utama dalam penurunan fungsi fisiologis, yang

berkontribusi dalam disfungsi mekanisme transport ion, perubahan aktivitas

listrik, dan transduksi sinyal dalam sel (Nam et al., 2002). Telah diketahui

bahwa oksidan yang terkandung dalam asap rokok akan memicu kerusakan

struktur biologis. Asap rokok juga meningkatkan sel inflamasi yang

memperberat stres oksidatif (Barreiro et al., 2010). Pada berbagai penelitian,

telah diungkapkan adanya peningkatan peroksidasi lipid (Morrow et al.,

1995; Frei et al., 1991), oksidasi protein dan thiol (Reznick et al., 1992), serta

oksidasi DNA dalam darah perokok serta berbagai organ pada hewan coba

(Park et al., 1998).

Pada penelitian ini, penghentian paparan selama 7, 14 dan 28 hari

belum dapat menurunkan kadar MDA mendekati kadar kontrol (tanpa

paparan), meskipun terdapat penurunan apabila dibandingkan kelompok

paparan asap rokok dan debu batubara. Hal ini mengindikasikan bahwa

131

perbaikan kerusakan oksidatif berlangsung secara lambat dengan

mekanisme bergantung kepada penggantian seluler. Tingginya sistem

pertahanan antioksidan dan metabollisme oksidatif berhubungan dengan

aktivitas proliferasi sel yang mempunyai aktivitas metabolik tinggi dan

ekspansi yang tidak terkendali (Kinnula & Crapo, 2004).

Destruksi peroksidatif membran sel akan memicu kehilangan

integritas fungsional dan pembentukan produk awal peroksidasi lipid,

antara lain MDA. Di lain pihak, MDA bersifat mutagenik dan

prokarsinogenik akibat kemampuan reaksi dengan gugus fungsional

berbagai komponen, antara lain asam amino protein, basa asam nukleat,

basa N dari fosfolipid, dan gugus SH dari senyawa sulfhidril (Palozza et al,

2006).

8.5 Metaplasia

8.5.1 Progresi

Bukti yang menunjukkan karsinogenisitas debu batubara pada

manusia dan hewan coba belum adekuat sehingga debu batubara belum

diklasifikasikan sebagai karsinogen (Kolling et al., 2011). Meskipun demikian

rangkaian proses menuju kanker melibatkan tahap metaplasia-displasia-

kanker (Delvenne et al., 2004). Metaplasia epitel adalah proses adaptif akibat

transformasi satu tipe sel epitel menjadi tipe sel yang lain dengan struktur

dan fungsi yang berbeda (Herfs et al., 2009; Slack & Tosh, 2001; Slack, 2007).

Pada sel epitel bronkial, ekspresi MUC5AC sebagai protein musin

yang utama, dikendalikan oleh TNF- dan neutrofil elastase (Yageta et al.,

2011). Perilaku sel dalam menerima paparan debu batubara bertujuan

sebagai proses adaptif dan homeostasis yang melibatkan perubahan struktur

sel dan perubahan fungsi sel. Dengan demikian, penentuan metaplasia sel

merupakan gabungan dari perubahan struktur sel yang dinilai secara

132

morfologi (marker histopatologi) serta perubahan fungsi sel yang dinilai

dengan perubahan ekspresi protein (marker biokimia).

Pada penelitian ini, analisa morfologi sel telah didapatkan perubahan

metaplasia pada paparan debu batubara 14 hari dan 28 hari. Sementara itu,

perubahan ekspresi MUC5AC sebagai market terkait fungsi sel baru

diperoleh perubahan (penurunan secara bermakna) pada paparan 28 hari.

Artinya, lama paparan debu batubara yang memicu metaplasia adalah 28

hari.

Paparan debu batubara selama 28 hari berbagai dosis menurunkan

ekspresi MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol. Demikian pula

pada paparan 14 hari juga terdapat kecenderungan penurunan ekspresi

MUC5AC. Hal ini mengindikasikan bahwa komponen debu batubara dapat

menghambat sinyal downstream EGFR. Komponen anorganik tertinggi dari

debu batubara adalah besi (36,9%). Pada penelitian Baldys & Aust (2004)

disimpulkan bahwa besi mampu menghambat aktivasi EGFR sehingga

menekan sinyal downstream pembentukan MUC5AC. Pada penelitian ini,

ekspresi EGFR untuk paparan 14 hari dan 28 hari berbagai dosis debu

batubara tidak didapatkan perbedaan yang bermakna.

Apabila dibandingkan dengan bukan perokok, resiko insidensi

kanker paru pada perokok lebih besar 22 kali lipat pada pria dan 12 kali lipat

pada wanita (Zhang et al., 2008). Telah diketahui bahwa remodeling saluran

nafas bagian atas dan bagian bawah menjadi metaplasia skuamosa, yang

menghasilkan perkembangan penyakit, berhubungan dengan paparan asap

rokok (Yee et al., 2009). Perkembangan maupun insidensi kanker paru akibat

gabungan asap rokok dan debu batubara belum ada yang meneliti.

Berbagai kandungan asap rokok nampaknya memicu peningkatan

MUC5AC. Penelitian Borchers et al. (1999) dinyatakan bahwa paparan

akrolein akan meningkatkan ekspresi mRNA MUC5AC. Penelitian Chiba et

al. (2011) menyatakan bahwa benzo(a)pyrene menyebabkan upregulasi

133

MUC5AC. Penelitian Almolki et al. (2008) juga mendapatkan peningkatan

ekspresi MUC5AC akibat paparan asap rokok. Pada penelitian ini, paparan

asap rokok disertai paparan debu batubara dosis 25 mg/m3 menyebabkan

penurunan ekspresi MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol

(p<0.05). Hal ini mengindikasikan bahwa komponen aktif dari asap rokok

atau debu batubara memblokade sinyal EGFR dalam produksi MUC5AC.

Penelitian Kim et al. (2004) memaparkan lipopolisakarida untuk

menginduksi sel goblet metaplasia ditemukan peningkatan ekspresi

MUC5AC yang dapat dihambat oleh pemberian matrik metalloproteinase

inhibitor, dengan demikian gabungan asap rokok dan debu batubara pada

penelitian ini akan memunculkan efek analog dengan matrik

metalloproteinase inhibitor.

8.5.2 Regresi

Sel epitel melapisi saluran nafas dan melayani fungsi protektif. Fungsi

barrier epitelium melindungi individu dari kerusakan akibat inhalasi iritan

misalnya bakteri, virus, partikel dan iritan fase uap. Secara normal, sekresi

mukus bertindak protektif. Epitelium memproduksi musin sebagai protein

glikosilasi yang disintesis oleh sel epitel permukaan (sel goblet) dan sel

kelenjar submukosa (mukus). Ketika musin dilepaskan dari sel (melalui

degranulasi) akan menjadi cair dan membentuk gel viskoelastis yang

menyebar di permukaan epitel.

Mukus saluran nafas membentuk barrier protektif antara epitel

saluran nafas dan lingkungan. Mukus berpartisipasi dalam pertukaran

panas dan air dalam saluran nafas, mengikat partikel dan bakteri untuk

dipindahkan dari saluran nafas melalui eskalator mukosilia. Mukus juga

mempunyai fungsi antiprotease dan antioksidan. MUC5AC dominan

diekspresikan oleh sel goblet (Voynow, 2002; Henke et al., 2004). Pada

penelitian tahap 2 (Bab 7) telah dibuktikan bahwa paparan asap rokok

134

disertai paparan debu batubara dosis 25 mg/m3 menyebabkan penurunan

ekspresi MUC5AC secara bermakna dibandingkan kontrol. Hal ini

mengindikasikan bahwa komponen aktif dari asap rokok dan debu batubara

memblokade sinyal EGFR dalam produksi MUC5AC. Pada penelitian tahap

3 (Bab 8), penghentian paparan selama 7 hari, 14 hari, dan 21 hari

meningkatkan ekspresi MUC5AC. Hal ini mengindikasikan bahwa aktivitas

blokade sinyal EGFR dalam produksi MUC5AC yang disebabkan oleh

reaktivitas komponen aktif dari asap rokok dan debu batubara mulai

berkurang.

Apabila asap rokok dikombinasikan dengan debu batubara akan

memicu efek penurunan ekspresi MUC5AC. Penelitian Kim et al. (2004)

memaparkan lipopolisakarida untuk menginduksi sel goblet metaplasia

ditemukan peningkatan ekspresi MUC5AC yang dapat dihambat oleh

matrik metalloproteinase inhibitor, dengan demikian penghentian paparan

asap rokok dan debu batubara pada penelitian ini akan memunculkan efek

analog dengan matrik metalloproteinase.

Daftar Pustaka

Almolki A, Guenegou A, Golda S, Boyer L, Benallaoua M, Amara N. 2008.

Heme oxygenase-1 prevents airway mucus hypersecretion induced by

cigarette smoke in rodents and humans. The American Journal of

Pathology; 173(4):983-994.




13(2):105-109.

Anto RJ, Mukhopadhyay A, Shishodia S, Gairola CG, Aggarwl BB. 2002.

Cigarette smoke condensates activates nuclear transcription factor-B

and degradation of IB: correlation with induction of cycloxygenase-

2. Carcinogenesis; 23(9):1511-1518.




24:106-113.

135

Baldys A, Aust AE. 2004. Role of iron in inactivation of epidermal growth

factor receptor after asbestos treatment of human lung and pleural

target cells. American Journal Respiratory Cell Molecular Biology;

32:436-442.

Barreiro E, Peinado VI, Galdiz JB, Ferrer E, Marin-Corral J, Sanchez F, Gea J,

Barbera JA. 2010. Cigarette smoke-induced oxidative stres. A role in

chronic obstructive pulmonary disease skeletal muscle dycfunction.

American Joural Respiration Critical Care Medicine; 182:477-488.

Bielicki JK, McCall MR, van den Berg JJM, Kuypers FA, Forte TM. 1995.

Copper and gas phase cigarette smoke inhibit plasma lecithin:

cholesterol acyltransferase activity by different mechanisms. Journal

of Lipid Research; 36:322-331.

Borchers MT, Wesselkamper S, Wert SE, Shapiro SD, Leikauf GD. 1999.

Monocyte inflammation augments acrolein-induced MUC5AC

expression in mouse lung. American Jouranl Physioology Lung

Cellular Molecular Physiology; 277:489-497.

Carter CA, Misra M. 2010. Effects of short-term cigarette smoke exposure on

Fischer 344 rats and on secreted lung proteins. Toxicology Pathology;

38:402.

Cohen L, Xueping E, Tarsi J, Ramkumar T, Horiuchi TK, Cochran R,

DeMartino S, Schechtman KB, Hussain I, Holtzman MJ, Castro M.

2007. Epithelial cell proliferation contributes to airway remodeling in

severe asthma. American Journal Respiratory Critical Care Medicine;

176:138-145.

Dey N, Chattopadhyay DJ, Chatterjee IB. 2011. Molecular mechamism of

cigarette smoke-inducec proliferation of lung cells and prevention by

vitamin C. Journal of Oncology; doi. 10.1155/2011/561862.




Fishwick D. 2008 Pneumoconiosis. Hypothesis Medicine; 36(5):258-260.

Frei B, Forte TM, Ames BN, Cross CE. 1991. Gas phase oxidants of cigarette

smoke induce lipid peroxidation and changes in lipoprotein

properties in human blood plasma: protective effcets of ascorbic acid.

Biochemical Journal; 277:133-138.

Gensch E, Gallup M, Sucher A, Li D, Gebremichale A, Lemjabbar H,

Mengistab A, Dasari V, Hothkiss J, Harkena J, Basbaum C. 2004.

Tobacco smoke control of mucin production in lung cells requires

oxygen radicals AP-1 and JNK. The Journal of Biological Chemistry;

279(37):39085-39093.



136


Biology; 31:171-187.

Gould NS, Min E, Day BJ. Macropinocytosis of extracellular glutathione

ameliorates tumor necrosi factor release in activated macrophages.

Plos ONE; 6(10): e25704. doi: 10.1371/journal.pone.0025704.

Gulumian M, Born PJA, Vallyathan V, Castranova V, Donaldson K, Nelson

G, Murray J. 2006. Mechanistically identified suitable biomarkers of

exposure, effect, and susceptibility for silicosis and coal-worker’s

pneumoconiosis: a comprehensive study. Journal Toxicology &

Environmental Health Part B; 9:357-395.

Gurel A, Armutcu F, Damatoglu S, Unalacak M. Demircan N. 2004.

Evaluation of erythrocyte Na+, K+, ATPase and superoxide dismutase

activities and malondialdehyde level alteration in coal miners.

European Journal Genetic Medicine; 1(4):22-28.

Harris RC, Chung E, Coffey RJ. 2003. EGF receptor ligands. Experimental

Cellular Research; 284(1):2-13.

Henke MO, Renner A, Huber RM, Seeds MC, Rubin BK. 2004. MUC5AC and

MUC5B mucins are decreased in cystic fibrosis airway secretions.

American Journal Respiration Cellular Molecular Biology; 31: 86-91.




Hitoshi K, Katoh M, Suzuki T, Ando Y, Nadai M. 2011. Differential effect of

single-walled carbon nanotubes on cell viability of human lung and

pharynx carcinoma cell lines. The Journal of Toxicological Sciences;

36(3):379-387.

Honma K, Abraham JL, Chiyotani K, De Vuyst P, Dumortier P, Gibbs AR.

2004 Proposed criteria for mixed-dust pneumoconiosis: Definition,

descriptions, and guidelines for pathologic diagnosis and clinical

correlation. Human Pathology; 35:1515–1523.












Kinnula VL, Crapo JD. 2004. Superoxide dismutases in malignant cells and

human tumors. Free Radical Biology Medicine; 36:718-744.

137

Kolling A, Ernst H, Rittinghausen S, Heinrich U. 2011. Relationship of

pulmonary toxicity and carcinogenicity of fine and ultrafine granular

dust in a rat bioassay. Inhalation Toxicology; 23(9):544-554.

Kosmider B, Messier EM. Chi HW, Mason RJ. 2011. Human alveolar

epithelial cell injury induced by cigarette smoke. Plos ONE 6(12):

e26059. doi:10.13071/journal.pone.0026059.

Luppi F, Longo AM. Boer WI. Rabe KF, Hiemstra PS. 2007. Interleukin-8

stimulates cell proliferation in non-small cell lung cancer through

epidermal growth factor receptor transactivation. Lung Cancer; 56:25-

33.

Minai-Tehrani A, Park Y, Hwang S, Kwon J, Chang S, Park S, Yu K, Kim J,

Shin J, Kim J, Kang B, Hong S, Cho M. 2011. Aerosol delivery of

kinase-deficient Akt1 attenuates Clara cell injury induced by

naphthalene in the lungs of dual luciferase mice. Journal Veterinary

Science; 12(4);309-317.

Morrow JD, Frei B, Longmire AW, Gaziano JM, Lynch Sm, Shyr Y, Strauss

WE, Oates JA, Roberts LJ. 1995. Increase in circulating products of

lipid peroxidation (F2-isoprostanes) in smokers: smoking as a cause of

oxidative damage. New England Journal of Medicine; 332:1198-1203.

Moss ML, Bomar M, Liu Q, Dempsey P, Lemhart PM, Gillispie PA, Stoeck A,

Wildeboer D, Bartsch JW, Palmisano R, Zhou P. 2007. The ADAM10

prodomain is a specific inhibitor of ADAM10 proteolytic activity and

inhibits cellular sheding events. Journal Biological Chemistry;

282(49):35712-35721.




39(12):1345–1350.

Palmer SM, Flake GP, Kelly FL, Zhang HL, Nugent JL, Kirby PJ, Foley JF,

Gwinn WM, Lorgan DL. 2011. Severe airway epithelial injury,

aberrant repair and bronchiolitis obliterans develops after diacetyl

instillation in rats. Plos ONE 6(3): e17644. doi:

10.1371/journal;.pone.0017644.

Palozza P, Serini S, Trombino S, Lauriola L, Ranelletti FO, Calviello G. 2006.

Dual role of -carotene in combinationwith cigarette smoke aqueos

extract on the formation of mutagenic lipid peroxidation in lung

membranes: dependence on pO2. Carcinogenesis; 27(12):2383-2391.

Park EM, Park YM, Gwak YS. 1998. Oxidative damage in tissue of rats

exposed to cigarette smoke. Free Radical Biology Medicine; 25:79-86.




Research; 99:355-360.

138




Research; 99:355-360.

Reznick AZ, Cross CE, Hu ML, Suzuki YJ, Khwaja S, Safadi A, Motchnik PA,

Packer L, Halliwell B. 1992. Modification of plasma proteins by

cigarette smoka as measured by carbonyl formation. Biochemical

Journal; 199; 286:607-611.








Singh T, Sharma SD, Katiyar SK. 2011.Grape proanthocyanidins induce

apoptosis by loss of mitochrondrial membrane potential of human

non small cell lung cancer cells in vitro and in vivo. Plos ONE

6(11):e27444. doi:10.1371/journal.pone.0027444.





van der Toorn M, Rezayat D, Kauffman HK, Bakker SJ, Gans ROB, Koeter

GH, Choi AMK, van Oosterhoust AJM, Slebos D. 2009. Lipid-soluble

components in cigarette smoke induce mitochondrial production of

reactive oxygen species in lun epithelial cells. American Journal

Physiology Lung Celluler Molecular Physiology; 297:L109-L114.

Voynow JA. 2002. What does mucin have to do with lung disease? Paediatric

Respiratory Reviews; 3:98-103.

Yageta Y, Ishii Y, Morsihima Y, Masuko H, Ano S, Yamadori T, Itoh K,

Takeuchi K, Yamamoto M, Hizawa N. 2011. Role of Nrf2 in host

defense against influenza virus in cigarette smoke-exposed mice.

Journal of Virology; 85(10):4679-4690.




Pathology; 37:594.

Zhang S, Xu N, Nie J, Dong L, Li J, Tong J. 2008. Proteomic alterations in

lung tissue of rats exposed to cigarette smoke. Toxicology Letters;

178:191-196.

139

Zhou F, Onizawa S, Nagai A, Aoshiba K. 2011. Epithelial cell senescence

impairs repair process and exacerbates inflammation after airway

injury. Respiratiry Research; 12:78.

eprints.ulm.ac.ideprints.ulm.ac.id/3093/1/nia kania-buku referensi... · 2018. 3. 25. · 1.1 latar...

Documents