EFEK PROTEKSI DIET OAT (Avena sativa L.) TERHADAP STRES OKSIDATIF PADA KELINCI NEW ZEALAND WHITE (Oryctolagus cuniculus) YANG TERPAPAR ASAP ROKOK Karya Akhir untuk Mendapatkan Keterangan Keahlian di Bidang Ilmu Penyakit Jantung dan Pembuluh Darah Peneliti : Elok Nurlisa Artiko, dr. NIM: 010981326 Pembimbing : Prof. Budi Susetyo Pikir, Dr. dr. SpJP(K) FIHA PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER SPESIALIS-1 DEPARTEMEN SMF KARDIOLOGI DAN KEDOKTERAN VASKULAR FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS AIRLANGGA RSUD Dr. SOETOMO SURABAYA 2015
EFEK PROTEKSI DIET OAT (Avena sativa L.) TERHADAP STRES OKSIDATIF PADA KELINCI NEW ZEALAND WHITE (Oryctolagus cuniculus) YANG TERPAPAR ASAP ROKOK KARYA AKHIR Karya Akhir untuk Mendapatkan Keterangan Keahlian di Bidang Ilmu Penyakit Jantung dan Pembuluh Darah Peneliti : Elok Nurlisa Artiko, dr. NIM: 010981326 Pembimbing : Prof. Budi Susetyo Pikir, Dr. dr. SpJP(K) FIHA PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER SPESIALIS-1 DEPARTEMEN - SMF KARDIOLOGI DAN KEDOKTERAN VASKULAR FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS AIRLANGGA RSUD Dr. SOETOMO SURABAYA 2015 ii
KATA PENGANTAR Alhamdulillahirabbil alamiin Segala puji dan syukur kepada Allah Subhanahu wa Ta ala atas segala limpahan rahmat dan hidayah-nya sehingga karya akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Karya akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk menyelesaikan Program Pendidikan Dokter Spesialis I di Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo Surabaya. Kami sampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Airlangga, Dekan Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga dan Direktur RSUD Dr. Soetomo Surabaya yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menempuh pendidikan di institusinya. Muhammad Aminuddin, dr., SpJP(K), FIHA, FAsCC, selaku Kepala Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menempuh pendidikan, serta bimbingan dan dukungan kepada saya sebagai peserta didik. Prof. R. Mohammad Yogiarto,dr., SpJP(K), FIHA, FAsCC, selaku mantan Kepala Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menempuh pendidikan, serta bimbingan dan dukungan kepada saya sebagai peserta didik. v
Agus Soebagjo,dr., SpJP(K), FIHA, FAsCC, selaku Ketua Program Studi Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk menempuh pendidikan, serta bimbingan dan dukungan kepada saya sebagai peserta didik. Prof. Budi Susetyo Pikir, Dr. dr. SpJP(K) FIHA, selaku Pembimbing penelitian sekaligus Koordinator Penelitian PPDS-I Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo dan selaku pembimbing penelitian, yang telah memberikan bimbingan kepada saya untuk menyelasaikan penelitian. Seluruh staf pengajar di Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo yang telah memberikan bimbingan dan ilmu selama kami menempuh pendidikan. Kepala Departemen dan seluruh staf pengajar Departemen Ilmu Penyakit Dalam, Ilmu Penyakit Paru, Radiologi, Ilmu Kedokteran Fisik dan Rehabilitasi dan Ilmu Kesehatan Anak khususnya Divisi Kardiologi Anak Fakultas Kedokteran Universitass Airlangga/RSUD Dr. Soetomo Surabaya atas kesempatan belajar dan bekerja serta bimbingannya selama pendidikan. Suami tercinta Azham Purwandhono dan kedua anak Saya Alfian Yusuf Pratamandhono dan Alma Sofia Dwiandhini atas segala dukungan, pengertian, kesabaran, pengorbanan dan doanya selama saya menjalani pendidikan vi
Kedua orang tua saya Bambang Nusantoro dan Pudji Astuti serta saudara kandung saya Sarwo Artiko dan Dian Artiko atas dukungan dan doanya selama saya menempuh pendidikan Rekan satu kelompok penelitian saya Ririn Faujiah,dr., yang bersama-sama berjuang dalam menyelesaikan penelitian ini. Rekan-rekan seangkatan dan rekan-rekan seperjuangan dalam menempuh ujian serta seluruh rekan-rekan PPDS-I Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo atas kerjasama dan bantuannya. Staf administrasi sekretariat Departemen Kardiologi dan Kedokteran Vaskular Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga/RSUD dr. Soetomo, paramedik, staf adminitrasi unit rawat jalan, unit rawat inap, instalasi gawat darurat, Divisi noninvasif, ICCU dan IDIK RSUD dr. Soetomo serta seluruh penderita yang pernah saya rawat. Rekan seperjuangan dalam menempuh ujian tulis nasional berbasis komputer (Computer Based Test (CBT)): Yusri Yusran, dr., SpJP; Faizal Pamewa, dr., SpJP; Arief Budi S, dr., SpJP; M. Zakky K., dr., SpJP; Reddy R, dr., SpJP; GAR Prawishanti, dr., Ririn F., dr., Luluk DY, dr., Mahendria S, dr., Noviadi W, dr., Fani SH, dr., Imam SW., dr., Ford Ance A, dr., Indah Sukmawati, dr., Janeline RST, dr., Agung Hadi S, dan dr., Aldhi Pradhana H., dr., atas dukungan dan kesempatan berjuang bersama. vii
Akhirnya saya berharap karya akhir ini dapat memberi manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya dibidang ilmu penyakit jantung dan kedokteran vaskular. Pada kesempatan kali ini pula saya mohon maaf yang sebesarbesarnnya keppada semua pihak atas segala kesalahan dan kekurangan yang saya lakukan selama menjalani pendidikan. Semoga kemudahan, hidayah dan keberkahan Allah Subhanahu wa Ta ala selalu menyertai kita semua. Amin. Surabaya, 17 Desember 2015 Penulis viii
RINGKASAN Asap rokok mempunyai dampak negatif bagi kesehatan manusia, terutama efeknya terhadap sistem kardiovaskuler. Berbagai mekanisme dianggap memiliki peran pada patofisiologi gangguan ini, yaitu peran stres oksidatif, inflamasi sistemik, dan disfungsi endotel. Oat (Avena sativa L.) menjadi perhatian dibidang keilmuan maupun perhatian publik mengenai keuntungannya terhadap kesehatan yang terkait efek antioksidan-nya. Oat diajukan dapat memberikan keuntungan pada perokok sebagai proteksi terhadap stres oksidatif. Aktivitas radikal bebas pada suatu organisme dapat diketahui dengan pemeriksaan aktivitas enzim antara lain enzim superoxide dismutase (SOD) dan atau kadar hasil peroksidasi lipid seperti malondialdehyde (MDA). Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh pemberian diet oat terhadap kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma pada kelinci jantan New Zealand White (Oryctolagus cuniculus) yang terpapar asap rokok. Kelinci New Zealand White 27 ekor yang dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu kelompok kontrol yang tidak mendapat paparan asap rokok maupun oat (Kn), kelompok yang hanya mendapat paparan asap rokok selama 8 minggu (Kp), dan kelompok perlakuan mendapat oat dan paparan asap rokok bersamaan selama 8 minggu (P). Pengukuran kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma menggunakan spektrofotometer setelah perlakuan selesai. Perbedaan kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma antar kelompok dilakukan uji one-way Anova dan Post Hoc LSD. Kadar MDA serum pada kelompok Kp dan P adalah berbeda bermakna secara statistik (p < 0,05), kelompok P memiliki kadar MDA serum lebih rendah (4,84 ± 1,71 nmol/ml) yang tidak berbeda bermakna dengan kelompok Kn. Aktivitas SOD plasma pada ketiga kelompok berbeda bermakna secara statistik (p < 0,05), dimana kelompok P memiliki aktivitas tertinggi. Penelitian ini menyimpulkan bahwa terdapat pengaruh pemberian diet oat terhadap kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma pada kelinci New Zealand White yang terpapar asap rokok, yaitu menurunkan kadar MDA serum dan meningkatkan aktivitas SOD plasma. ix
EFEK PROTEKSI DIET OAT (Avena sativa L.) TERHADAP STRES OKSIDATIF PADA KELINCI NEW ZEALAND WHITE (Oryctolagus cuniculus) YANG TERPAPAR ASAP ROKOK Elok Nurlisa Artiko, Budi Susetyo Pikir Abstrak Latar Belakang: Asap rokok mempunyai dampak negatif bagi kesehatan manusia, terutama efeknya terhadap sistem kardiovaskuler. Berbagai mekanisme dianggap memiliki peran pada patofisiologi gangguan ini, yaitu peran stres oksidatif, inflamasi sistemik, dan disfungsi endotel. Oat (Avena sativa L.) menjadi perhatian dibidang keilmuan maupun perhatian publik mengenai keuntungannya terhadap kesehatan yang terkait efek antioksidan-nya. Oat diajukan dapat memberikan keuntungan pada perokok sebagai proteksi terhadap stres oksidatif. Tujuan: Menganalisis pengaruh pemberian diet oat terhadap kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma pada kelinci New Zealand White (Oryctolagus cuniculus) yang terpapar asap rokok. Metode: Penelitian ini menggunakan kelinci jantan New Zealand White 27 ekor yang dibagi menjadi 3 kelompok, yaitu kelompok kontrol yang tidak mendapat paparan asap rokok maupun oat (Kn), kelompok yang hanya mendapat paparan asap rokok selama 8 minggu (Kp), dan kelompok perlakuan mendapat oat dan paparan asap rokok bersamaan selama 8 minggu (P). Pengukuran kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma menggunakan spektrofotometer setelah perlakuan selesai. Perbedaan kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma antar kelompok dilakukan uji one-way Anova dan Post Hoc LSD. Hasil: Kadar MDA serum pada kelompok Kp dan P adalah berbeda bermakna secara statistik (p < 0,05), kelompok P memiliki kadar MDA serum lebih rendah (4,84 ± 1,71 nmol/ml) yang tidak berbeda bermakna dengan kelompok Kn. Aktivitas SOD plasma pada ketiga kelompok berbeda bermakna secara statistik (p < 0,05), dimana kelompok P memiliki aktivitas tertinggi. Kesimpulan: Terdapat pengaruh yang bermakna pemberian diet oat terhadap kadar MDA serum dan aktivitas SOD plasma pada kelinci New Zealand White yang terpapar asap rokok, yaitu menurunkan kadar MDA serum dan meningkatkan aktivitas SOD plasma. Kata Kunci: Asap rokok, stres oksidatif, antioksidan, oat, MDA, SOD x
Protection Effect of Oat (Avena sativa L.) on Oxidative Stress in New Zealand White Rabbits (Orygtolagus cuniculus) Exposed to Cigarette Smoke Elok Nurlisa Artiko, Budi Susetyo Pikir Abstract Background: Cigarette smoke has a negative influence on human health, especially the effects on the cardiovascular system disorders. Various mechanisms thought to play role in the pathophysiology of this disorder, such as the role of oxidative stress, systemic inflammation, and endothelial dysfunction. Oats (Avena sativa L.) are gaining increasing scientific and public interest for their antioxidant-associated health benefits. Oat was proposed give benefit on cigarette smoker as antioxidant properties. Objectives: To analyze the effect of oat on serum MDA level and plasma SOD activity in New Zealand White rabbits (Orygtolagus cuniculus) exposed to cigarette smoke. Methods: This study used 27 male New Zealand White rabbits were divided into 3 groups, a control group that did not get the exposure to cigarette smoke and oat (Kn); group who get exposure to cigarette smoke for eight weeks (Kp); third group that received cigarette smoke exposure and oat treatment for eight weeks (P). Measurement of serum MDA level and plasma SOD activity by spectrophotometry performed after the exposure ends. The difference in serum MDA level and plasma SOD activity between groups were tested using one-way ANOVA and post hoc LSD statistical test. Result: The mean of serum MDA levels at both group (Kp and P) was different statistically significant (p < 0.05), P group has lower level of serum MDA (4,84 ± 1,71 nmol/ml) almost has same level with Kn. The mean of plasma SOD activity at third group was different statistically significant (p < 0.05), P group has the highest activity. Conclusion: There are differences in serum MDA level and plasma SOD activity in oat treatment group statistically significant, shows that oat has protection effects on oxidative stress in male New Zealand White rabbits who get cigarette smoke exposure. Key Word: Cigarette smoke, oxidative stress, antioxidant, oat, MDA, SOD xi
DAFTAR ISI SAMPUL DEPAN SAMPUL DALAM... PRASYARAT GELAR... PERNYATAAN... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... RINGKASAN... ABSTRAK... ABSTRACT... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL..... i ii iii iv v ix x xi xii xv DAFTAR GAMBAR xvi DAFTAR SINGKATAN... xvii BAB 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang. 1 1.2 Rumusan Masalah.. 3 1.3 Tujuan Penelitian 4 1.4 Manfaat Penelitian 4 BAB 2 TINJAUAN KEPUSTAKAAN 6 2.1 Asap Rokok dan Stres Oksidatif... 6 2.2 Antioksidan... 10 2.3 Oat (Avena sativa L.).... 13 xii
2.4 Malondialdehid (MDA)... 16 2.5 Enzim Superoksida Dismutase (SOD)..... 18 BAB 3 KERANGKA KONSEPTUAL DAN HIPOTESA PENELITIAN... 20 3.1 Kerangka Konseptual.... 20 3.2 Penjelasan Kerangka Konseptual.. 21 3.3 Hipotesis Penelitian....... 22 BAB 4 METODE PENELITIAN. 23 4.1 Rancangan Penelitian 23 4.2 Ruang Lingkup Penelitian. 24 4.2.1 Ruang lingkup tempat 24 4.2.2 Ruang lingkup waktu. 24 4.3 Populasi dan Sampel Penelitian. 24 4.4 Variabel Penelitian. 25 4.5 Definisi Operasional. 25 4.6 Alat dan Bahan Penelitian 28 4.7 Prosedur Penelitian.. 28 4.7.1 Aklimatisasi 28 4.7.2 Alur penelitian 29 4.7.3 Pelaksanaan perlakuan.. 29 4.8 Pengambilan Sampel Darah 30 4.9 Manajemen dan Analisis Data. 30 4.10 Ethical Clearance. 30 BAB 5 HASIL PENELITIAN... 31 5.1 Analisis Deskriptif... 31 xiii
5.2 Analisis Inferensial... 32 5.2.1 Uji Normalitas Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 32 5.2.2 Uji Homogenitas Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 33 5.2.3 Uji Anova Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 34 5.2.4 Uji Post Hoc dengan Least Significant Difference (LSD) Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 34 5.3 Berat Badan Kelinci New Zealand White... 35 BAB 6 PEMBAHASAN... 37 6.1 Pengaruh Paparan Asap Rokok terhadap Kadar MDA Serum... 37 6.2 Pengaruh Paparan Asap Rokok terhadap Aktivitas SOD Plasma... 38 6.3 Analisis Pemberian Oat terhadap Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 40 BAB 7 KESIMPULAN DAN SARAN... 42 7.1 Kesimpulan... 42 7.2 Saran... 42 DAFTAR PUSTAKA.... 43 LAMPIRAN. 47 xiv
DAFTAR TABEL 1. Konversi perhitungan dosis untuk manusia dan beberapa jenis hewan 27 2. Rata-rata dan Simpang Baku Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 31 3. Hasil Uji Normalitas Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma 33 4. Hasil Uji Levene Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 33 5. Hasil Uji Anova kadar MDA serum dan aktivitas SOD Plasma... 34 6. Hasil Uji Post Hoc dengan LSD Kadar MDA Serum dan Aktivitas SOD Plasma... 35 7. Hasil Pengamatan pengukuran absorbansi untuk kurva standard MDA 48 8. Hasil Pengamatan pengukuran absorbansi untuk kurva standard SOD 49 xv
DAFTAR GAMBAR 1. Respon inflamasi selular dan kerusakan oksidatif yang diinduksi ROS pada pembakaran tembakau... 8 2. Jalur oksidan-antioksidan pada organisme hidup... 11 3. Common oat (Avena sativa L.)... 13 4. Struktur kimia avenanthramide oat... 14 5. Grafik kadar MDA serum pada kelompok kontrol negatif (Kn), kontrol positif (Kp), dan perlakuan oat (P)... 32 6. Grafik aktivitas SOD plasma pada kelompok kontrol negatif (Kn), kontrol positif (Kp), dan perlakuan oat (P)... 32 7. Kurva kadar MDA standard... 48 8. Kurva aktivitas SOD standard... 50 9. Desain air flow chamber pemaparan asap rokok pada hewan coba... 52 xvi
DAFTAR SINGKATAN 2 Nrf2 Nuclear factor erythroid 2-related factor βha β-hidroksiakrolein Anova Analysis of variance Ap-1 Activator protein-1 Avenanthramide 2c N-(3,4 -dihydroxy-(e)-cinnamoyl)-5-hydroxyanthranilic acid Avenanthramide 2f N-(4 -hydrohydroxy- 3 -methoxy-(e)-cinnamoyl)-5- hydroxyanthranilic acid Avenanthramide 2p N-(4 -hydroxy-(e)-cinnamoyl)-5-hydroxyanthranilic acid C 2H 6 Etana C 5H 10 Pentana CAT Catalase CO Carbon monoxide COX-2 Cyclooxygenase 2 CRP C-reactive protein DNA Deoxyribo Nucleic Acid DPPH 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl EDTA Ethylenediaminetetraacetic acid enos Endothelial nitric oxide synthase GCL Glutamate cycteine ligase GPX Glutathione peroxidase GR Glutathione reductase GRX Glutaredoxin GSH Glutathione GSSG Glutathione disulfide GS Glutathione synthethase GSNO S-nitrosoglutathione GST Glutathione-S-transferase H 2O 2 Hydrogen peroxide HAEC Human aortic endothelial cells HNE 4-hydroxynonenal HO-1 Heme oxygenase-1 HPLC High Performance Liquid Chromatography xvii
HUVECs ICAM-1 IL inos LDH LDL LSD MDA METC MMP mrna NBT NF-κB NO, NO O 2 - OH - ONOO PRX PUFA PMN RNS ROS RSNOs SMC SOD TBA TBAR TBARS TNF-α TRX VCAM-1 WHO Human umbilical vein endothelial cells Intracellular adhesion molecule-1 Interleukin Inducible nitric oxide synthase Lactate dehydrogenase Low-density lipoprotein Least Significant Difference Malondialdehyde Mitochondrial electron transport chain Matrix metalloproteinase Messenger Ribonucleic acid Nitroblue Tetrazolium Nuclear factor-κb Nitric oxide Superoxide radical Hydroxyl radical Peroxynitrite Peroxiredoxin Polyunsaturated fatty acid polymorphonuclear Reactive nitrogen species Reactive Oxygen Species S-nitrothiols Smooth muscle cells Superoxide dismutase Thiobarbituric acid Thiobarbituric acid reactive Thiobarbituric acid reactive substance Tumor necrosis factor alpha Thioredoxin Vascular cell adhesion molecule-1 World Health Organization xviii