Stres Oksidatif pada Diabetes Melitus
Alwi Shahab
Subbagian Endokrinologi Metabolisme
Bagian Penyakit Dalam
FK Unsri RSMH Palembang

Telah diakses sebanyak :

wordpress counter

kali

Pendahuluan
Komplikasi mikrovaskular berupa nefropati dan retinopati serta komplikasi makrovaskular yang mengakibatkan penyakit kardiovaskular aterosklerotik seperti PJK, penyakit serebrovaskular dan penyakit arteri perifer merupakan penyebab kematian utama pada pasien diabetes. Berbagai penelitian membuktikan bahwa stres oksidatif yang terjadi akibat pembentukan radikal2 bebas karena pengaruh hiperglikemi dapat mempercepat dan memperberat progresivitas penyakit diabetes dan komplikasinya. Peningkatan produksi dan gangguan eliminasi radikal bebas ini akan mengakibatkan gangguan vaskular, kerusakan protein sel, lipid membran dan asam nukleat. Penambahan antioksidan dalam penatalaksanaan diabetes melitus diharapkan dapat merupakan strategi yang efektif dalam memperlambat progresivitas dan mengurangi komplikasi diabetes. Beberapa studi klinik telah dilakukan untuk menilai efek antioksidan dari vitamin E dalam mencegah komplikasi diabetes, namun tidak terbukti memberikan manfaat klinis terhadap pencegahan komplikasi kardiovaskular. Tulisan ini akan membahas tentang beberapa studi klinis dan eksperimental tentang manfaat penggunaan antioksidan pada diabetes melitus.

Definisi
Stres oksidatif didefinisikan sebagai suatu keadaan dimana terjadi peningkatan produksi dan penurunan kemampuan eliminasi molekul-molekul yang bersifat sangat reaktif didalam tubuh seperti Reactive Oxygen Species (ROS) dan Reactive Nitrogen Species (RNS).
Reactive Oxygen Species (ROS) meliputi :
Radikal-radikal bebas :
Superoksida (.O2-)
Hidroksil (.OH)
Peroksil (.RO2)
Hidroperoksil (.HRO2-)

Spesies non radikal :
Hidrogen peroksida (H2O2)
Asam hidrokhlor (HOCl)

Reactive Nitrogen Species (RNS) meliputi :
Radikal-radikal bebas :
Nitrat oksida (.NO)
Nitrat dioksida (.NO2-)

Spesies non radikal :
Peroksinitrit (ONOO-)
Nitros oksida (HNO2)
Alkil peroksinitrat (RONOO)

Nitrat oksida secara normal diproduksi dari L-arginine oleh enzim eNOS didalam pembuluh darah dan berperan dalam vasorelaksasi melalui reaksinya dengan enzim guanylate cyclase didalam otot polos pembuluh darah. Nitrat oksida juga bersifat antiproliferatif, menghambat adhesi platelet dan lekosit pada endotel vaskular. Jadi Nitrat Oksida merupakan molekul yang memiliki kemampuan vasoprotektif. Namun molekul ini mudah bereaksi dengan superoksida membentuk molekul yang sangat reaktif yaitu peroksinitrit (ONOO-). Produksi salah satu ROS atau RNS akan memicu produksi yang lain melalui rantai reaksi radikal sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1.

Radikal superoksida terbentuk dari hasil reduksi satu elektron oksigen melalui kerja beberapa enzim antara lain NAD(P)H oxidase, xanthine oxidase, cyclooxigenase dan bahkan eNOS dalam keadaan tertentu. Dalam keadaan normal superoksida cepat dieliminir melalui mekanisme pertahanan antioksidan. Superoksida mengalami dismutasi membentuk H2O2 oleh enzim manganese superoxide dismutase (Mn-SOD) didalam mitochondria dan oleh copper-SOD didalam sitosol.
H2O2 dirubah menjadi H2O dan O2 oleh enzim glutathione peroxidase (GSH-Px) atau katalase didalam mitochondria dan lisosom. H2O2 juga dapat dirubah menjadi radikal hidroksil (.OH) yang sangat reaktif bila terdapat elemen transisi seperti Fe dan Cu.
Dalam keadaan fisiologik, ROS dan RNS terbentuk sebagai hasil dari mekanisme pertahanan tubuh seperti pada proses fagositosis, fungsi netrofil, dan shear stress yang menyebabkan vasorelaksasi. Namun produksinya yang berlebihan akan menyebabkan stres oksidatif yang mengakibatkan keadaan patologik seperti kerusakan protein, lipid dan DNA.
Sebagai contoh, Reactive Oxygen Species (ROS) akan merangsang oksidasi LDL membentuk oxidized LDL (ox-LDL) yang tidak dikenal oleh reseptor LDL, akan ditangkap oleh makrofag sehingga akan membentuk sel-sel busa dan plak aterosklerosis. Radikal superoksida pada DM dapat mengakibatkan berbagai kerusakan melalui pembentukan Advanced Glycation End Products (AGEs), jalur poliol, jalur heksosamin dan Protein Kinase C (PKC) yang pada akhirnya menimbulkan komplikasi mikro dan makrovaskular.

Sumber-sumber stres oksidatif pada DM
Bukti adanya stres oksidatif pada DM didasarkan pada penelitian yang memfokuskan pada pengukuran petanda stres oksidatif seperti kadar F2-isoprostane didalam urin dan plasma serta kadar nitrotirosin dan superoksida didalam plasma dan jaringan. Terdapat banyak sumber stres oksidatif pada DM seperti jalur-jalur non enzimatik, jalur enzimatik dan jalur mitokhondria.
Sumber nonenzimatik berasal dari sifat oksidatif glukosa itu sendiri. Keadaan hiperglikemi secara langsung akan menyebabkan peningkatan produksi ROS. Glukosa dapat mengalami otooksidasi membentuk radikal-radikal hidroksil. Disamping itu glukosa dapat bereaksi dengan protein membentuk Amadori products yang selanjutnya diikuti oleh pembentukan AGEs.
Dalam keadaan hiperglikemi, terjadi peningkatan metabolisme glukosa melalui jalur poliol (sorbitol) yang juga meningkatkan produksi radikal superoksida.
Jalur-jalur enzimatik pada DM dapat meningkatkan produksi ROS dan RNS, seperti jalur NOS, NAD(P)H oxidase dan xanthine oxidase. Semua isoform NOS membutuhkan 5 kofaktor yaitu flavin adenine dinucleotide (FAD), flavin mononucleotide (FMN), heme, tetra hydrobiopterine (BH4) dan Ca2++-calmodulin. Bila NOS kehilangan substrat L-arginin atau salah satu dari kofaktornya, maka akan terbentuk superoksida, keadaan ini disebut dengan “the uncoupled state of NOS”. NAD(P)H oxidase adalah suatu enzim yang terdiri dari 5 subunit dan merupakan sumber utama produksi radikal superoksida. Guzik dkk meneliti kadar superoksida didalam spesimen pembuluh darah dari pasien2 DM dan mengukurnya menggunakan inhibitor dari NOS, NAD(P)H oxidase, xanthine oxidase dan rantai transpor elektron mitokhondria. Penelitian ini membuktikan bahwa pada DM terjadi peningkatan produksi radikal superoksida yang terutama dimediasi oleh enzim NAD(P)H oxidase.
Sumber lain produksi nonenzimatik dari ROS dan RNS adalah dari rantai respirasi mitokhondria. Selama berlangsung proses fosforilasi oksidatif, elektron akan ditransfer dari pengangkut elektron NADH dan FADH2 melewati bagian dalam membran mitokhondria menuju oksigen untuk membentuk ATP. Dalam keadaan normal, radikal superoksida akan segera dieliminir melalui mekanisme pertahanan tubuh. Penelitian terbaru membuktikan bahwa pembentukan radikal superoksida yang dipicu oleh hiperglikemi didalam mitokhondria merupakan proses awal dari lingkaran setan stres oksidatif yang terjadi pada DM. Bila sel-sel endotel terpajan dengan hiperglikemi, maka akan terjadi peningkatan produksi ROS terutama radikal superoksida, yang mengawali aktivasi rangkaian 4 jalur utama dalam patofisiologi komplikasi DM seperti yang diperlihatkan dalam gambar 2 dibawah ini.

Mekanisme pertahanan alamiah dan antioksidan terhadap stres oksidatif
Reactive Oxygen Species (ROS) dan Reactive Nitrogen Species (RNS) dapat dieliminir melalui sejumlah mekanisme antioksidan enzimatik dan non enzimatik. Sebagaimana telah disebutkan sebelumnya, SOD segera merubah superoksida menjadi H2O2 yang kemudian akan mengalami detoksifikasi menjadi air oleh enzim katalase didalam lisosom atau oleh enzim glutathione peroxidase didalam mitokhondria. Enzim lain yang penting adalah glutathione reductase, yang meregenerasi glutathion yang digunakan sebagai donor hidrogen oleh enzim glutathione peroxidase selama eliminasi H2O2.

Disamping enzim-enzim diatas, terdapat pula zat-zat yang bersifat antioksidan non enzimatik seperti vitamin A, C dan E, glutathione; α-lipoic acid; carotenoids; trace elements seperti copper, zinc dan selenium; koenzim Q10 (CoQ10) dan kofaktor seperti folic acid, uric acid,albumin dan vitamin-vitamin B1, B2, B6 dan B12. Glutathion (GSH) bekerja sebagai scavenger langsung dan kosubstrat bagi enzim GSH peroxidase. GSH merupakan penyanggah utama proses reduksi oksidasi intraseluler. Vitamin E merupakan vitamin yang larut didalam lemak, berperan mencegah peroksidasi lipid. Bentuk paling aktif dari vitamin E pada manusia adalah α-tocopherol. Radikal hidroksil bereaksi dengan tocopherol membentuk radikal fenolat yang stabil dan akan direduksi menjadi fenol oleh asam askorbat (vitamin C) dan enzim NAD(P)H dependent reductase. Koenzim Q10 (CoQ10) merupakan senyawa yang disintesis secara endogen dan bekerja sebagai pembawa elektron didalam kompleks II dari rantai transpor elektron mitokhondria. Koenzim Q10 merupakan antioksidan yang larut dalam lipid dan dalam kadar yang tinggi dapat mengikat superoksida sehingga dapat memperbaiki disfungsi endotel pada DM melalui “recoupling” eNOS dan fosforilasi oksidatif didalam mitokhondria. Vitamin C (asam askorbat) dapat meningkatkan produksi NO didalam sel endotel dengan cara stabilisasi kofaktor NOS yaitu BH4. Alpha lipoic acid merupakan antioksidan yang bersifat hidrofilik dan memiliki efek yang menguntungkan baik dalam lingkungan lipid maupun air. Alpha lipoic acid akan direduksi menjadi senyawa lain yang aktif yaitu dihidrolipoat. Dihidrolipoat memiliki kemampuan meregenerasi antioksidan lain seperti vitamin C, vitamin E dan reduced glutathione melalui reaksi redox cycling.

Bukti-bukti dari studi eksperimental.
Efek antioksidan terhadap stres oksidatif diukur melalui petanda-petanda tertentu. Petanda-petanda ini meliputi aktivitas enzimatik dari katalase,SOD,GSH-Px dan GSH-reductase serta kadar thiobarbituric acid reactants (TBARS). Mekinova dkk membuktikan bahwa suplementasi vitamin C, vitamin E dan beta karoten selama 8 minggu pada Streptozocin (STZ) diabetic rat, menghasilkan penurunan bermakna dari kadar TBARS, GSH dan GSH-Px serta peningkatan kadar Cu-SOD, namun tidak ada perubahan dari aktifitas katalase pada ginjal. Pengobatan dengan vitamin C dan E juga menunjukkan penurunan ekskresi albumin urin, penebalan membran basalis glomerulus dan berat ginjal pada STZ diabetic rat. Dalam studi yang sama, vitamin C dan E secara bermakna menurunkan kadar malondialdehida (TBARS) dan aktifitas GSH-Px, meningkatkan aktifitas katalase dan SOD bila dibandingkan dengan binatang percobaan diabetes yang tidak diberikan antioksidan diatas.

Bukti-bukti dari studi klinis
Walaupun studi eksperimental dan observasional membuktikan bahwa antioksidan memberikan manfaat dalam mengurangi komplikasi kardiovaskular pada DM, bukti klinis tentang manfaat antioksidan masih simpang siur. Studi2 klinis tentang penggunaan antioksidan pada DM masih terbatas dan kebanyakan difokuskan pada penggunaan vitamin E, vitamin C dan α-lipoic acid.
Dalam suatu studi acak buta ganda, suplementasi vitamin E (1000 UI/hari) selama 3 bulan pada pasien DM tipe 1 (n=41) secara bermakna dapat memperbaiki vasorelaksasi. Dalam studi yang lain, Beckman dkk melaporkan bahwa pemberian kombinasi vitamin E (800 UI/hari) dan vitamin C (1000 mg/hari) selama 6 bulan memberikan efek positif terhadap vasorelaksasi pada pasien DM tipe 1 (n=26), namun tidak mempunyai manfaat pada pasien2 DM tipe 2 (n=23). Gaede dkk melaporkan bahwa kombinasi vitamin E (680 mg/hari) dan vitamin C (1250 mg/hari) secara bermakna dapat memperbaiki fungsi ginjal pada pasien2 DM tipe 2.
Penelitian berskala besar telah pula dilakukan, antara lain the Heart Outcome Prevention Evaluation (HOPE) study, Secondary Prevention with Antioxidants of Cardiovascular Disease in End Stage Renal Disease (SPACE) study, the Primary Prevention Project (PPP) trial dan the Study to Evaluate Carotid Ultrasound Changes in Patients Treated with Ramipril and Vitamin E (SECURE) trial. Pada HOPE study, didapatkan bahwa suplementasi vitamin E selama 4,5 tahun tidak memberi manfaat dalam penurunan kejadian komplikasi kardiovaskular maupun nefropati. SECURE trial menunjukkan bahwa ramipril dapat memperlambat progresivitas aterosklerosis, sementara vitamin E tidak memberikan manfaat. Pada SPACE trial didapatkan penurunan angka kejadian infark miokard sebesar 70% pada kelompok yang diberikan vitamin E. The PPP trial yang didisain mengevaluasi efek aspirin dosis rendah (100 mg/hari) dan vitamin E (300 mg/hari) terhadap pencegahan komplikasi kardiovaskular. Studi ini dihentikan sebelum waktunya, karena manfaat yang sangat mencolok dari aspirin dibandingkan kelompok plasebo. Sementara tidak didapatkan manfaat yang bermakna dari pemberian vitamin E pada pasien diabetes dibandingkan kelompok non diabetes. Studi dengan α-lipoic acid untuk pengobatan neuropati diabetik memberikan hasil yang lebih menjanjikan dibandingkan penggunaan vitamin E. Dalam studi ALADIN (the Alpha Lipoic Acid in Diabetic Neuropathy, infus α-lipoic acid (> 600 mg) dapat memperbaiki gejala-gejala neuropati secara bermakna. Studi ALADIN II membuktikan bahwa pemberian α-lipoic acid (600 atau 1200 mg) jangka panjang (24 bulan) dapat memperbaiki fungsi syaraf. Studi ALADIN III membuktikan bahwa pemberian 600 mg α-lipoic acid selama 6 bulan dapat memperbaiki skor neuropati.
Dalam penelitiannya, Sandra J.Hamilton dkk mendapatkan bahwa suplementasi CoQ10 pada pasien2 DM tipe 2 yang mendapat terapi statin dapat memperbaiki disfungsi endotel yang diperkirakan melalui perbaikan stress oksidatif pembuluh darah arteri brakhialis. Hiroshi Tsuneki dkk, dalam penelitiannya mendapatkan bahwa CoQ10 dapat mencegah stres oksidatif akibat hiperglikemi pada sel-sel endotel vena umbilikus manusia. Luca Tiano dkk, dalam penelitiannya terhadap pasien PJK mendapatkan bahwa pemberian CoQ10 300 mg/hari selama 1 bulan dapat memperbaiki vasorelaksasi arteri koroner.

Simpulan
Berbagai penelitian telah membuktikan pengaruh buruk dari stres oksidatif terhadap fungsi vaskular dan hubungannya dengan patofisiologi komplikasi diabetes melitus. Namun bukti klinis tentang manfaat antioksidan dalam penatalaksanaan diabetes melitus dan pencegahan stres oksidatif yang terjadi akibat pengaruh hiperglikemi, masih belum memberikan hasil yang memuaskan.

Daftar Pustaka
Johansen JS,Harris AK,Rychly DJ,Ergul A. Oxidative stress and the use of antioxidants in diabetes: Linking basic science to clinical practice. Cardiovascular Diabetology 2005,4;5: 1-11.
Kamenova P. Improvement of insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus after oral administration of alpha-lipoic acid. Hormones 2006,5;4:251-258.
Tsuneki H, Sekizaki N,Suzuki T,et.al. Coenzyme Q10 prevents high glucose-induced oxidative stress in human umbilical vein endothelial cells. Eur J Pharm 2007,566:1-10.
Tiano L, Belardinelli R, Carnevali P,et.al. Effects of coenzyme Q10 administration on endothelial function and extracellular superoxide dismutase in patients with ischemic heart disease: a double-blind randomized controlled study. Eur Heart J 2007,28:2249-2255.
Singh U, Jialal I. Alpha-lipoic acid supplementation and diabetes. Nutr Rev 2008,66;11:646-657.
Hamilton SJ,Chew GT,Watts GF. Coenzyme Q10 improves Endothelial Dysfunction in Statin-Treated Type 2 Diabetic Patients. Diabetes Care 2009,32:810-812.

20120106-210626.jpg

20120106-210652.jpg

wordpress counter