DISERTASI DIAJUKAN UNTUK

UJIAN TERBUKA

PENGARUH PENINGKATAN CADANGAN BESI

TERHADAP INTERLEUKIN-2 (IL-2)

DAN INTERFERON GAMMA (IFN γ)

PLASMA DAN SUPERNATAN KULTUR LIMFOSIT

PADA PENDERITA ANEMIA DEFISIENSI BESI :

KAITANNYA DENGAN INFEKSI

KETUT SUEGA

NIM. 0490271003

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2009

i

DISERTASI DIAJUKAN UNTUK

UJIAN TERBUKA

PENGARUH PENINGKATAN CADANGAN BESI

TERHADAP INTERLEUKIN-2 (IL-2)

DAN INTERFERON GAMMA (IFN γ)

PLASMA DAN SUPERNATAN KULTUR LIMFOSIT

PADA PENDERITA ANEMIA DEFISIENSI BESI :

KAITANNYA DENGAN INFEKSI

KETUT SUEGA

NIM. 0490271003

PROGRAM DOKTOR

PROGRAM STUDI ILMU KEDOKTERAN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2009

ii

UCAPAN TERIMA KASIH

Pertama-tama saya panjatkan puji dan syukur ke hadapan Ida Hyang Widi

Wasa/ Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat-Nya kepada saya

sekeluarga sehingga saya dapat menyelesaikan disertasi ini.

Banyak pihak telah ikut membantu terwujudnya disertasi ini sehingga saya

sangat berhutang budi. Ungkapan rasa terima kasih yang setulus-tulusnya, sungguh

sulit untuk saya sampaikan dengan kata-kata dan semua bantuan dan budi baik

tersebut akan tetap saya kenang selama hidup saya.

Kepada Prof. Dr. dr. I Made Bakta, SpPD-KHOM, Guru Besar dan Kepala

Divisi Hematologi-Onkologi Medik Bagian/SMF Ilmu Penyakit Dalam FK

Unud/RSUP Sanglah Denpasar, Pembimbing Utama saya, penghargaan yang tulus

saya sampaikan atas kesediaan Bapak menjadi pembimbing saya. Izinkanlah saya

menyatakan terima kasih serta kebanggaan saya menjadi promovendus Bapak.

Kejelian Bapak dalam mengatur waktu dan cara mengatur strategi untuk

memecahkan masalah akan selalu menjadi panutan bagi saya pada masa yang akan

datang.

Kepada Prof. Dr. A.A.Gde Sudewa Djelantik, SpPK, Guru Besar Patologi

Klinik, Fakultas Kedokteran Universitas Udayana, Pembimbing saya, saya ucapkan

terima kasih yang sebesar-besarnya atas bimbingan dan dorongan yang telah Bapak

berikan dengan tekun dan tanpa pamrih kepada saya.

iii

Kepada Prof. dr. Ketut Suata, SpMK, Ph.D, Guru Besar Mikrobiologi

Fakultas Kedokteran Universitas Udayana, Pembimbing saya, saya sampaikan terima

kasih atas petunjuk serta dorongan sejak awal masa studi ini dan juga pada saat-saat

sulit yang saya hadapi.

Kepada Prof. Dr. dr. I Made Bakta, SpPD-KHOM , Rektor Universitas

Udayana, saya menghaturkan terima kasih atas izin yang diberikan pada saya untuk

mengikuti program S3 di Universitas Udayana.

Kepada Prof. Dr. dr. I Made Bakta, SpPD-KHOM, mantan Direktur Program

Pascasarjana Universitas Udayana, dan Prof. Dr. Ir. Dewa Ngurah Suprapta, Msc,

Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana saat ini, saya sampaikan terima

kasih atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan selama saya menempuh

pendidikan ini.

Kepada Prof. dr. D.P. Widjana, SpPar., mantan Dekan Fakultas Kedokteran

Universitas Udayana, dan Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, SpPD-KEMD Dekan fakultas

Kedokteran saat ini, saya sampaikan terima kasih atas kesempatan yang diberikan

kepada penulis untuk mengikuti pendidikan program doktor.

Kepada dr. I G. Lanang Rudiartha, MHA, Direktur Utama RSUP Sanglah

Denpasar, serta Prof. Dr. dr. Ketut Suwitra SpPD-KGH Kepala Bagian/SMF Ilmu

Penyakit Dalam Fakultas Kedokteran Universitas Udayana, saya sampaikan terima

kasih atas kesempatan yang diberikan kepada penulis unutk mengikuti pendidikan

program doktor.

iv

Kepada para promotor, ko-promotor dan tim penguji Prof. Dr. dr. I Made

Bakta, SpPD-KHOM, Prof. Dr. dr. A.A.Gde Sudewa Djelantik, SpPK, Prof. dr.

Ketut Suata, SpMK, Ph.D, Prof. Dr. dr. I Wayan Wita, SpJP, FIHA, Prof. Dr. dr.

Ketut Suastika, SpPD-KEMD, Prof. dr. N. Tigeh Suryadhi, MPH, Ph.D, Prof. dr. N.

Agus Bagiada, SpBiok., Prof. dr. I Gusti Made Aman, SpFK, Dr. dr. Djumhana

Atmakusumah, SpPD-KHOM, penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-

besarnya atas segala masukan dan bimbingannya yang sangat berharga.

Kepada segenap Staf Pengajar Program Studi Doktor, Program Pascasarjana

Universitas Udayana yang telah banyak memberikan ilmu-ilmu dasar yang sangat

berharga bagi penulis.

Kepada Prof. Dr. dr. Nyoman Adiputra, MOH, Ketua Program Studi Doktor,

Program Pascasarjana Universitas Udayana yang telah banyak memberikan

kemudahan sehingga disertasi bisa selesai.

Kepada Kepala Balai Besar Veteriner Bali di Denpasar, penulis ucapkan

banyak terima kasih atas semua bantuan dan ijinnya sehingga penulis dapat

melakukan penelitian kultur sel dan dapat menyelesaikan tugas disertasi ini.

Kepada Prof. Drh. N Mantik Astawa, Ph.D, Bapak W. Ekaana, Bapak I G.

Mayun, Drh. Putu Agustini, dan petugas lainnya pada Lab. Penyelidikan Penyakit

Hewan, Balai Besar Veteriner Bali, penulis berterimakasih atas segala bantuannya

yang diberikan dengan tulus.

v

Kepada sejawat Dr. dr. I Gde Raka Widiana, SpPD-KGH yang telah banyak

membantu dengan segala masukannya yang sangat bermanfaat dan setia mendorong

penulis untuk bisa menyelesaikan disertasi ini.

Kepada sejawat dr. Made Suma Wirawan, SpPD, dr. I G. Ommy Agustriadi,

SpPD, dr. I Wayan Darya, SpPD, dr. Ni Made Renny Anggraeni Rena, dan para

residen Ilmu Penyakit Dalam yang telah banyak membantu penulis untuk

menyesaikan tugas ini.

Kepada Sdr. Ni Wayan Yoni Astarini, Ni Kadek Sri yang membantu

menyiapkan semua bahan logistik dan pengambilan bahan darah serta semua bantuan

berharga lainnya, penulis mengucapkan seribu terimakasih atas semuanya.

Kepada sejawat para Staf di Bagian/ SMF Ilmu Penyakit Dalam Fakultas

Kedokteran Universitas Udayana khususnya kepada dr. Tjok Gde Darmayudha,

SpPD-KHOM, dr. I Wayan Losen Adnyana, SpPD, yang telah rela mengambil tugas-

tugas penulis selama menjalani pendidikan Program Pascasarjana, penulis

menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya.

Kepada semua pihak yang tidak sempat penulis sebutkan di sini yang telah

memberikan bantuan sehingga disertasi ini dapat terwujud, penulis sampaikan

penghargaan dan terima kasih.

Kepada almarhum Ayah tercinta, terimalah penghargaan ananda karena ajaran

yang Ayah berikan sangat membantu menghadapi masa-masa sulit dalam studi ini.

Kepada almarhumah Ibu tercinta, saya sampaikan terima kasih, karena dalam

kesederhanaan telah memberikan dorongan untuk menghadapi kehidupan ini dengan

vi

tabah. Kepada Ibu dan Bapak Mertua, saya sampaikan terima kasih dan penghargaan

atas nasehat, dorongan dan bantuan yang diberikan.

Akhirnya kepada anak tercinta: Putu Imayati, serta isteri tercinta dr. Putu

Sunadiyati, M Kes., yang dengan penuh pengertian serta pengorbanan telah

memberikan saya kesempatan untuk lebih berkonsentrasi menyelesaikan disertasi ini,

saya sampaikan terima kasih dan rasa hormat yang tertinggi.

Semoga Ida Hyang Widhi Wasa/Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan

kurnia dan rahmat-Nya kepada semua yang telah membantu dalam pelaksanaan dan

penyelesaian disertasi saya.

vii

ABSTRAK

PENGARUH PENINGKATAN CADANGAN BESI

TERHADAP INTERLEUKIN-2 (IL-2) DAN INTERFERON GAMMA (IFN γ)

PLASMA DAN SUPERNATAN KULTUR LIMFOSIT

PADA PENDERITA ANEMIA DEFISIENSI BESI :

KAITANNYA DENGAN INFEKSI

Besi merupakan kebutuhan tubuh yang esensial untuk proses metabolisme,

antara lain berperan mengangkut oksigen ke jaringan, untuk sintesis deoxyribo

nucleic acid (DNA) dan lainnya. Defisiensi besi dapat menimbulkan morbiditas dan

mortalitas terutama pada anak dan wanita hamil, disamping itu defisiensi besi juga

menimbulkan gangguan respon tubuh terhadap infeksi karena terjadi penurunan

fungsi netrofil dan gangguan proliferasi sel T. Penelitian-penelitian juga

menunjukkan bahwa anemia defisiensi besi dapat menurunkan kapasitas kerja dan

menyebabkan prestasi kerja yang buruk. Mekanisme gangguan fungsi imunitas pada

defisiensi besi belum diketahui dengan pasti. Mekanismenya diduga bersifat

multifaktorial antara lain gangguan sintesis DNA (deoxy ribonucleic acid) akibat

gangguan aktivitas enzim ribonucleotide reductase, penurunan produksi interleukin

seperti IL-2 dan IFN γ, gangguan aktivasi dan proliferasi sel T. Dan sitokin tersebut

merupakan sitokin yang penting untuk komunikasi antara subset limfosit dan sel NK.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kaitan antara IL-2 dan IFN γ

dengan infeksi pada ADB dan pengaruh pemberian besi terhadap IL-2 dan IFN γ

viii

plasma dan supernatan kultur limfosit penderita ADB. Secara umum tujuan penelitian

ini adalah untuk mengetahui hubungan antara cadangan besi dan imunitas seluler

pada ADB. Penelitian ini terdiri dari dari dua fase dimana fase I menggunakan

rancangan studi potong lintang dan fase II menggunakan rancangan pra-

eksperimental untuk melihat pengaruh besi terhadap peningkatan kadar IL-2 dan IFN

γ. Sampel penelitian ini adalah penderita ADB yang berobat di RSUP Sanglah

Denpasar, terdiri dari 64 orang penderita dimana 31 orang (48,4%) diantaranya laki-

laki, sisanya 33 orang (51,6%) perempuan yang masuk pada penelitian fase I dan 26

orang penderita ADB (16 laki-laki dan 10 perempuan) pada penelitian fase II. Pada

penelitian fase I ditemukan 17 penderita ADB dengan infeksi (26,7%) dengan umur

rerata 38 ± 14,48 tahun dan 47 penderita ADB tanpa infeksi (73,3%) dengan umur

rerata 41 ± 14,54 tahun. Ditemukan perbedaan yang bermakna dimana IL-2 dan IFNγ

baik dari plasma maupun supernatan kultur limfosit lebih rendah pada ADB dengan

infeksi dibandingkan dengan kadar plasma IL-2 dan IFN γ (Z= -2,174; p= 0,030

untuk IL-2 dan Z= -2,639; p= 0,008 untuk IFNγ) maupun supernatan kultur limfosit

(Z= - 2,509; p= 0,012 untuk IL-2 dan Z= -2,569; p= 0,010 untuk IFNγ) penderita

ADB tanpa infeksi. Pada penelitian fase II dengan pemberian tablet besi selama 8

minggu pada 26 penderita ADB ditemukan peningkatan yang bermakna dari kadar

hemoglobin ( Z= -4,561; p= 0,000 ), kadar MCV (Z= - 4,279; p= 0,000), kadar MCH

(Z= -3,616; p= 0,000) dan kadar serum feritin (Z= -3,556; p= 0,000). Terhadap

produksi sitokin akibat pemberian tablet besi selama 8 minggu juga dijumpai adanya

peningkatan yang bermakna. IL-2 plasma sebelum terapi 7,65 pg/l menjadi 29,3 pg/l

ix

setelah terapi dengan Z=- 3,508; p= 0,000 dan IFN γ yang diperiksa dari plasma

sebelum terapi 10,15 pg/l menjadi 46,7 pg/l setelah terapi dengan Z= -4,241;

p= 0,000. Akan tetapi pada pemeriksaan IL-2 dan IFN γ dari supernatan kultur

limfosit tidak ditemukan peningkatan yang bermakna. Hal ini diduga karena adanya

proses apoptosis akibat rangsangan in vitro dengan mitogen pada sel yang sudah

mengalami stimulasi in vivo sebelumnya. Disamping itu peran dari mitogen (antigen)

spesifik dan feeder cells juga berpengaruh terhadap aktivitas dan produksi sitokin.

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan kadar IL-2 dan IFNγ pada

penderita ADB dengan infeksi lebih rendah dibandingkan dengan IL-2 dan IFNγ pada

ADB tanpa infeksi. Dengan pemberian tablet besi selama 8 minggu terjadi

peningkatan kadar plasma IL-2 dan IFNγ akan tetapi tidak terjadi peningkatan yang

sama pada IL-2 dan IFNγ yang diperiksa dari supernatan kultur limfosit. Oleh

karenanya dapat dibuat suatu rangkuman yaitu penurunan kadar IL-2 dan IFNγ pada

penderita ADB akan memudahkan timbulnya infeksi.

Kata kunci : ADB dengan infeksi, plasma IL-2 dan IFNγ, supernatan IL-2 dan IFNγ ,

tablet besi.

x

ABSTRACT

INFLUENCE OF IRON STORE INCREMENT

ON PLASMA AND LYMPHOCYTE CULTURE SUPERNATANT

OF INTERLEUKIN -2 ( IL-2 ) AND GAMMA INTERFERON ( IFN γ )

IN PATIENTS WITH IRON DEFICIENCY ANEMIA :

RELATIONSHIP WITH INFECTION

Iron is an essensial nutrient for every living cells because of it role as

molecule for transport of oxygen, as well as DNA synthesis through synthesis of

ribonucleotide reductase. Iron deficiency anemia patients, especially pregnant women

and children are more susceptible to infection because of deteoritation of their

immune respons. This was supported by findings of decreased in phagocytic activities

of white blood cells and T-cell lymphocyt proliferation impairment. Iron deficiency

anemia (IDA) patients also affect working capacities hence diminishing working

outcomes. Although the underlyng mechanism of immune defect in iron deficiency

anemia is not clearly understood, multifactorial events considered play their

contributing roles such as abnormality of ribonucleotide reductase enzym ,

impairment of T-cell proliferation and activities, altered cytokine production of IL-2

and IFNγ.

The study was done to discover the relationship of IL-2 and gamma IFN with

infection in IDA patients and also effect of iron tablets on plasma IL-2 and IFNγ as

well as on lymphocyte culture supernatant of IDA patients. Phase I study was

conducted on cross-sectional analytic design while phase II study was using pra-

xi

experimental (before and after) design. Sixty-four iron defiency anemia patients

treated in Sanglah General Teaching Hospital were recruited, and 31 (48.4%) out of

64 IDA patients were man and 33 (51.6%) women, have been selected for phase I

study. This study found 17 (26.7%) IDA patients with infection , aged 38 ± 14.48

years and 47 (73.3%) IDA patients without infection, aged 41± 14.54 years.

Significant differences were noted between plasma and supernatant of IL-2 and

IFNγ in IDA patients with infection when compared to IDA patients without infection

(Z= -2.174, p= 0.030 for plasma IL-2 ; Z= - 2.639, p= 0.008 for plasma IFNγ;

Z= - 2.509, p= 0.012 for supernatant IL-2 ; and Z= -2.569, p= 0.010 for supernatant

IFNγ ). After 8 weeks of iron tablets, phase II study revealed significant increament

of hemoglobin ( Z= -4.561, p= 0.000 ), MCV ( Z= - 4.279, p= 0.000), MCH (Z=

-3.616, p= 0.000) and serum feritin (Z= -3.556, p= 0.000). Also noted, increasing of

plasma IL-2 and IFNγ. Before treatment level of plasma IL-2 was 7.65 pg/l become

29.3 pg/l after treatment ( Z=- 3.508, p= 0.000 ) and plasma IFNγ before treatment

was 10.15 pg/l become 46.7 pg/l after treatment ( Z= -4.241, p= 0.000 ). In contrary,

supernatant IL-2 and IFNγ failed to show significant increament after 8 weeks of oral

iron tablets. This was partly explained due to apoptosis process. Theoriticaly if cells

have been stimulated by in vivo antigen exposures, secondary in vitro induction with

certain mitogen could lead to in vitro apoptosis. Meanwhile specific mitogen or

antigen stimulations also required for optimal activation of cells to produces certain

cytokines.

xii

The study conclusion is that plasma and supernatant IL-2 and IFNγ in patient

suffered from IDA with infection is significantly lower when compared to IDA

patient without infection. Iron treatment for 8 weeks increased plasma IL-2 and IFNγ

significantly but failed to show increament of supernatant IL-2 and IFNγ. It

therefore summarized that lower level of IL-2 and gamma IFN in patients suffered

from iron deficiency can lead to increased morbidity.

Key words : IDA with infection, Plasma IL-2 and IFNγ, Supernatant IL-2 and

IFNγ, oral iron tablet.

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Anemia defisiensi besi (ADB) adalah anemia yang timbul akibat

menurunnya jumlah besi total dalam tubuh sehingga cadangan besi menjadi

kosong dan penyediaan besi untuk eritropoesis berkurang. Penyebab utama yang

paling sering adalah defisiensi asupan besi dan atau kehilangan besi akibat

perdarahan kronis.

Penelitian selama dua tahun di RSUP Sanglah Denpasar mendapatkan

kasus-kasus ADB sebanyak 78 orang dan merupakan 25,8% dari total penderita

anemia yang dirawat di RSUP Sanglah (Somayana et al., 2002). Penelitian

etiologi ADB selama 3,5 tahun pada 122 kasus ADB mendapatkan penyebab

paling sering adalah ankilostomiasis, hemoroid, ulkus peptikum dan keganasan

saluran cerna. Kejadian infeksi yang bersamaan dengan ADB didapatkan

sebanyak 14% (Suega et al., 2003).

Besi merupakan kebutuhan tubuh yang esensial untuk proses metabolisme,

antara lain berperan mengangkut oksigen ke jaringan untuk produksi energi di

tingkat sel dan penting dalam transport elektron di mitokondria dalam proses

respirasi sel, untuk sintesis deoxyribo nucleic acid (DNA) dan lainnya (Conrad,

2002). Defisiensi besi dapat menimbulkan morbiditas dan mortalitas terutama

pada anak dan wanita hamil, disamping itu defisiensi besi juga menimbulkan

gangguan respon tubuh terhadap infeksi karena terjadi penurunan fungsi netrofil

dan gangguan proliferasi sel T. Beberapa penelitian mendapatkan bahwa anemia

2

defisiensi besi bisa menurunkan kapasitas kerja dan menyebabkan prestasi kerja

yang buruk .

Hubungan antara infeksi dengan defisiensi zat besi masih belum jelas

diketahui. Beberapa penelitian menyimpulkan bahwa defisiensi besi yang ringan

dapat memberikan perlindungan tubuh terhadap infeksi. Sedangkan penelitian lain

mendapatkan sebaliknya (Walter et al., 1997).

Sebuah telaah dari 11 penelitian tentang pengaruh pemberian zat besi

terhadap kejadian infeksi menemukan bahwa insiden malaria, pnemonia dan

beberapa penyakit infeksi non-malaria cenderung meningkat pada penderita

dengan defisiensi besi. Peningkatan ini juga terjadi pada wanita yang hamil.

Namun kesimpulan-kesimpulan penelitian tersebut masih diragukan, karena

banyak kelemahan dan tidak konsisten (Oppenheimer, 2001). Sebuah systematic

review tentang pengaruh suplementasi besi terhadap insiden infeksi pada anak-

anak menemukan bahwa pemberian besi tidak meningkatkan terjadinya insiden

infeksi pada anak-anak (Gera et al., 2002). Penelitian tentang pengaruh

suplementasi besi terhadap anak-anak yang terinfeksi dan tidak terinfeksi di Sri

Lanka menemukan bahwa terjadi penurunan morbiditas dari infeksi saluran nafas

pada anak-anak yang diberikan suplemen besi. Peneliti menduga bahwa imunitas

pada anak-anak yang mengalami defisiensi besi menurun sehingga morbiditasnya

lebih tinggi (De Silva et al., 2003).

Cell-mediated immunity (CMI) adalah suatu respon imun yang tidak

melibatkan antibodi akan tetapi lebih banyak melibatkan proses aktivasi sel T

menjadi sel T efektor, aktivasi sel makrofag dan sel NK (natural killer), serta

stimulasi produksi interleukin sebagai respon terhadap antigen. Mekanisme ini

3

ditujukan terhadap mikroba yang berhasil lolos dari proses fagositosis dan

terhadap mikroba yang menginfeksi sel non-fagositik. Cadangan besi yang

berkurang akan menurunkan fungsi cell-mediated immunity (CMI) seperti delayed

hipersensitivity, proliferasi limfosit akibat rangsangan antigen, natural killer

cytotoxicity dan lain-lain (Walter et al., 1997).

Penelitian pada tikus mendapatkan bahwa defisiensi besi menyebabkan

penurunan fungsi sistem imunitas melalui penurunan fungsi timus, gangguan

proliferasi sel T dan timosit (Kuvibidila et al., 1990). Penelitian pada manusia

mendapatkan hasil yang bervariasi. Sel T menurun pada defisiensi besi yang

murni dan kelainan ini dapat dikoreksi dengan pemberian besi (Krantman et al.,

1982). Moraes-de-Sousa et al. mendapatkan adanya peningkatan limfosit T dari

55,1% menjadi 66,0% pada ADB sebelum dan setelah diberikan besi (Moraes-de-

Sousa et al., 1984).

Interleukin-2 (IL-2) yang diproduksi oleh sel T merupakan faktor

pertumbuhan (growth factor) untuk semua subpopulasi sel limfosit T dan

bertanggung jawab terhadap ekspansi klonal limfosit T, setelah limfosit T

mengenal antigen ( Jacques et al.,1999, Kaiser 2003). Oleh karena fungsi itu maka

IL-2 dikenal sebagai faktor pertumbuhan sel T.

IFN γ juga merupakan modulator pertumbuhan dan diferensiasi fungsi sel

T, dan memperkuat respon sel ini terhadap mitogen dan faktor pertumbuhan.

Selain itu, IFN γ memiliki kemampuan mengatur ekspresi MHC kelas II,

menginduksi ekspresi CD-4 pada sel Th1. Sel Th1 memproduksi IL-2 dan IFN γ,

dimana IFN γ bekerja sinergis dengan IL-1 dan IL-2 yang dibutuhkan untuk

4

ekspresi reseptor IL-2 pada permukaan sel limfosit T. Adanya blokade terhadap

reseptor IL-2 oleh antibodi spesifik juga menghambat sintesis IFN γ.

Pengetahuan tentang pengaruh defisiensi besi terhadap sitokin belum

banyak berkembang. Dilaporkan adanya penurunan IL-2 pada anak-anak dengan

defisiensi besi. Lainnya mendapatkan terjadinya peningkatan ekspresi IL-6, IL-4

pada ADB (Jason et al., 2001). Penelitian pada 81 anak-anak yang mengalami

defisiensi besi, menemukan produksi IL-2 akibat rangsangan PHA

(phytohaemagglutinin) lebih rendah pada defisiensi besi dibandingkan tanpa

defisiensi besi, tetapi kadar IL-2 tidak berbeda apabila tidak dirangsang dengan

PHA. Penurunan produksi IL-2 menyebabkan gangguan sistem imun melalui

gangguan pada CMI (Galan et al., 1992).

Suatu studi binatang percobaan di New York menyebutkan IFN γ bersama

TNF α dan NOS secara signifikan merupakan kunci utama dalam meningkatkan

pertahanan hidup pada tikus percobaan yang terinfeksi Yersenia pestis.

Kuvibidilla et al., melakukan penelitian pada tikus dengan ADB mendapatkan

adanya penurunan kadar IFN γ dan IL-12 sebesar 64% dan 66% dimana kadar

sitokin ini berkorelasi positif dengan indikator status besi (r=0,68) (Kuvibidilla et

al., 2004). Sarjana lain membuktikan adanya penekanan produksi IFN γ pada

tikus dengan toleransi lipopolisakarida dapat mengakibatkan disfungsi makrofag

dan selanjutnya akan mengakibatkan gangguan imunitas selular (Varma et al.,

2001).

Mekanisme gangguan fungsi imunitas pada defisiensi besi belum jelas

diketahui. Diduga bersifat multifaktorial antara lain akibat gangguan sintesis DNA

(deoxy ribonucleic acid) karena fungsi enzim ribonucleotide reductase yang

5

terganggu, penurunan produksi interleukin seperti IL-2 dan IFN γ, gangguan

aktivasi dan proliferasi sel T (Walter, 1997; Beard, 2001; Kuvibidilla et al., 2004).

Terjadi kegagalan aktivitas bakterisidal intraseluler, depresi jumlah limfosit T dan

thymic atrophy, defek limfosit T-induced proliferative response, kegagalan

aktifitas sel natural killer, kegagalan produksi IL-2 oleh limfosit, penurunan

produksi macrophages migration inhibition factor, kegagalan delayed cutaneus

hypersensitivity termasuk reaktivitas tuberkulin, meskipun tidak semua penelitian

mendapatkan hasil yang sama (Oppenheimer, 2001).

Berdasarkan temuan di atas, dapat dipahami bahwa hubungan antara

interleukin proinflamasi dengan defisiensi besi masih belum jelas. IL-2 dan IFN γ

sebagai interleukin proinflamasi dan parameter dari CMI diduga produksinya

menurun pada ADB. Penelitian-penelitian terhadap interleukin ini lebih banyak

dilakukan pada binatang percobaan. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian

untuk mengetahui kadar IL-2 dan IFN γ penderita ADB pada manusia. IL-2 dan

IFN γ dipilih pada penelitian ini oleh karena IL-2 adalah satu-satunya growth

factor untuk aktivasi sel T menjadi sel T efektor antara lain sel Th1 yang

memproduksi IL-2 dan IFN γ. Sel Th1 diketahui lebih sensitif terhadap gangguan

akibat defisiensi besi kalau dibandingkan dengan sel Th2 yang memproduksi IL-

4, IL-5, IL-10, IL-13.

1.2 Rumusan Masalah

Dari uraian singkat dalam latar belakang penelitian maka dirumuskan

masalah penelitian sebagai berikut:

1. Bagaimanakah profil IL-2 dan IFNγ pada penderita ADB ?

6

2. Apakah kadar IL-2 pada ADB dengan infeksi lebih rendah dibandingkan

dengan kadar IL-2 pada ADB tanpa infeksi

3. Apakah kadar IFNγ pada ADB dengan infeksi lebih rendah dibandingkan

dengan kadar IFNγ pada ADB tanpa infeksi

4. Apakah peningkatan cadangan besi dapat meningkatkan kadar IL-2 penderita

ADB?

5. Apakah peningkatan cadangan besi dapat meningkatkan kadar IFNγ penderita

ADB?

1.3 Tujuan Penelitian

1.3.1 Tujuan umum

Untuk mengetahui bagaimana gambaran hubungan cadangan besi dengan

fungsi imunitas seluler pada penderita ADB.

1.3.2 Tujuan khusus

Adapun tujuan khusus dari penelitian ini adalah :

1. Untuk mengetahui profil IL-2 dan IFNγ pada penderita ADB

2. Untuk mengetahui bahwa kadar IL-2 lebih rendah pada ADB dengan

infeksi dibandingkan dengan kadar IL-2 pada ADB tanpa infeksi

3. Untuk mengetahui bahwa kadar IFN γ lebih rendah pada ADB dengan infeksi

dibandingkan dengan kadar IFNγ pada ADB tanpa infeksi

4. Untuk mengetahui pengaruh peningkatan cadangan besi terhadap peningkatan

kadar IL-2

5. Untuk mengetahui pengaruh peningkatan cadangan besi terhadap peningkatan

kadar IFNγ

7

1.4 Manfaat Penelitian

1.4.1 Manfaat ilmiah

Jika terbukti kadar IL-2 dan IFN γ berbeda antara penderita ADB dengan

infeksi dan ADB tanpa infeksi serta yang mendapatkan tablet besi dengan

yang tidak mendapatkan tablet besi maka akan memberikan pengetahuan

tambahan bahwa salah satu mekanisme infeksi pada penderita ADB

adalah melalui penurunan kadar IL-2 dan IFN γ .

1.4.2 Manfaat praktis klinis

Jika terbukti kadar IL-2 dan IFN γ ikut berperan pada mekanisme infeksi

pada penderita ADB maka dapat dipakai sebagai strategi jangka panjang

untuk kemungkinan tambahan pengobatan dikemudian hari khususnya pada

penderita ADB dengan infeksi berat dengan memperhatikan kadar IL-2 dan

IFN γ- nya.

8

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

2.1.1 Anemia defisiensi besi

Anemia defisiensi besi (ADB) atau iron deficiency anemia (IDA) adalah

anemia yang timbul akibat menurunnya jumlah besi total dalam tubuh (total iron

content) sehingga cadangan besi (iron store) menjadi kosong dan penyediaan besi

untuk eritropoesis berkurang (Lee et al., 1999; Hoffman et al., 2000).

ADB merupakan jenis anemia yang paling sering dijumpai baik di negara

maju maupun negara berkembang (Conrad et al., 2002). Di dunia diperkirakan

2,15 juta individu menderita ADB dan lebih sering terjadi pada wanita dan anak-

anak (Khusun et al., 1999). Data dari The Third National Health and Nutrition

Examination Survey (NHANES III; 1988 –1994) di Amerika Serikat menyatakan

bahwa ADB terjadi pada 1-2% orang dewasa. Defisiensi besi tanpa anemia lebih

sering terjadi mencapai 11% pada wanita (lebih sering pada premenopausa) dan

4% pada laki-laki (Stanley, 2000). Di Indonesia seperti halnya di negara

berkembang prevalensi ADB jauh lebih tinggi. Diperkirakan 20% wanita

Indonesia menderita defisiensi besi dan rata-rata hemoglobinnya 2 g/dL lebih

rendah daripada populasi penduduk Amerika (Khusun et al., 1999). Bakta (1993)

mendapatkan prevalensi anemia defisiensi besi di Desa Jagapati sebesar 27%,

pada laki-laki 12% dan pada wanita 43,2%. Prevalensi anemia pada ibu hamil di

Bali didapatkan dengan prevalensi sebesar 46,2%. Prevalensi anemia pada

penderita rawat inap di Divisi Hematologi-Onkologi Medik RS Sanglah tahun

1997 ditemukan 76,7% (Suega et al., 1999).

8

9

2.1.2 Klasifikasi anemia defisiensi besi

Defisiensi besi dapat dibagi menjadi tiga tingkat (Bakta, 2000; Hilman et

al., 2002):

a. Deplesi besi (iron depletion atau prelatent iron deficiency)

Pada keadaan ini cadangan besi menurun tetapi kompartemen besi

transpor dan fungsional masih normal. Disini kadar feritin serum menurun,

hemosiderin sumsum tulang menurun dan absorpsi besi meningkat, tetapi

parameter status besi lain masih normal.

b. Eritropoesis defisiensi besi (iron deficient erythropoesis atau latent iron

deficiency)

Disini cadangan besi sudah kosong, besi transportasi menurun, tetapi

belum dijumpai anemia secara klinis. Pada keadaan ini dijumpai perubahan

seperti pada deplesi besi ditambah dengan menurunnya besi serum dan saturasi

transferin, protoforfirin eritrosit meningkat tetapi kadar hemoglobin dan

hematokrit masih normal.

c. Anemia defisiensi besi (iron deficiency anemia)

Merupakan tingkat yang paling lanjut dari defisiensi besi. Selain kelainan

di atas, di sini sudah dijumpai anemia hipokromik mikrositer.

10

2.1.3 Prevalensi anemia defisiensi besi

Anemia defisiensi besi merupakan anemia yang paling sering dijumpai

baik dalam praktek klinik maupun dalam studi lapangan (Lee, 1999). Di seluruh

dunia didapatkan sekitar 2 juta penderita ADB (Viteri, 1998).

Prevalensi ADB bervariasi tergantung geografis, status sosial ekonomi dan

umur. Prevalensi di negara maju jauh lebih rendah dibandingkan dengan negara

berkembang, seperti terlihat pada tabel 1 di bawah ini (Baker, 2000).

Tabel 2.1 Prevalensi Anemia Defisiensi Besi (Baker, 2000)

Prevalensi Defisiensi Besi: National Helth and Nutrition Examination Survey

(NHANES) III (Amerika Serikat)

DEFISIENSI BESI

Wanita berusia 20-49 tahun

Wanita berusia 50-69 tahun

Wanita berusia lebih dari 70 tahun

Pria berusia 20-49 tahun

Pria berusia 50-69 tahun

Pria berusia lebih dari 70 tahun

ANEMIA DEFISIENSI BESI

Wanita tidak hamil berusia 20-49 tahun

Wanita berusia 50 tahun atau lebih Pria berusia 20-49 tahun

Pria berusia 50 tahun atau lebih

Wanita hamil

Trimester pertama

Trimester kedua

Trimester ketiga

United Nations Study of Developing Countries

(estimasi)

ANEMIA DEFISIENSI BESI

Wanita dewasa Pria dewasa

Wanita hamil

11 %

5 %

7 %

< 1 %

2 %

4 %

5 %

2 % < 1 %

≤ 2 %

9 %

14 %

37 %

18 % 10 %

18 % -38 %

Laporan dari Indonesia menunjukkan angka yang cukup tinggi. Martoatmojo et

al., (1973) pada penelitian di Jawa Barat, Yogya dan Bali mendapatkan

prevalensi 16-50% pada laki-laki dewasa, 25-84% pada wanita tidak hamil.

Muhilal et al., dalam survei yang berkaitan dengan Survei Kesehatan Rumah

Tangga 1992 mendapatkan prevalensi anemia pada wanita hamil sebesar 55%.

11

Prevalensi anemia di Bali tidak jauh berbeda dengan angka-angka di

Indonesia umumnya. Di Desa Pejaten didapatkan prevalensi 48% pada laki-laki

dan 54% pada wanita (Bakta et al., 1983). Prevalensi anemia 36% pada laki-laki

dan 37% pada wanita dijumpai pada pensiunan pegawai negeri di Kabupaten

Jembrana dengan 61% kasus anemia disebabkan oleh defisiensi besi (Bakta et al.,

1989). Bakta (1993) mendapatkan prevalensi anemia defisiensi besi di Desa

Jagapati sebesar 27%, pada laki-laki 12% dan pada wanita 43,2%. Prevalensi

anemia pada penderita rawat inap di Divisi Hematologi-Onkologi Medik RS

Sanglah tahun 1997 ditemukan 76,7% (Suega et al.,1999). Penelitian anemia ibu

hamil di Bali dengan total sampel sebesar 1684 orang di seluruh Bali medapatkan

prevalensi anemia sebesar 46,2%.

2.1.4 Etiologi anemia defisiensi besi

Penyebab ADB adalah adanya ketidakseimbangan antara masukan besi

melalui absorpsi usus dengan jumlah besi yang dibutuhkan oleh tubuh yang

mengimbangi kehilangan besi fisiologik atau patologik dan kebutuhan akibat

pembentukan jaringan. Secara garis besar penyebab ADB adalah ( Lee, 1999;

Bakta, 2000):

1. Kehilangan besi akibat perdarahan menahun, yang dapat berasal dari:

a. Saluran cerna: akibat tukak peptik, karsinoma lambung, karsinoma kolon,

divertikulitis, hemoroid dan infeksi cacing.

b. Saluran genetalia wanita: menorhagia, metrorhagia.

c. Saluran kemih: hematuria.

d. Saluran nafas: hemoptoe ;

12

2. Faktor nutrisi: akibat kurangnya jumlah besi total dalam makanan, atau

kualitas besi (bioavaibilitas) besi yang tidak baik (makanan banyak serat,

rendah vitamin C dan rendah daging) ;

3. Kebutuhan besi meningkat seperti pada prematuritas, anak dalam masa

pertumbuhan dan kehamilan ;

4. Gangguan absorpsi besi: gastrektomi, tropical sprue atau kolitis kronis.

Pada penelitian retrospektif di RS Sanglah Denpasar penyebab ADB

tersering yang ditemukan adalah perdarahan kronis gastrointestinal dan

ankilostomiasis (Kandarini et al., 2001).

2.1.5 Gejala klinik anemia defisiensi besi

Gejala klinik anemia defisiensi dapat dibagi menjadi (Lee, 1999; Bakta,

2000):

1. Gejala umum anemia (sindrom anemia): lemah, mata berkunang, telinga

mendenging, dan lain-lain, yang timbul secara perlahan-lahan.

2. Gejala khas akibat defisiensi besi : disfagia, stomatitis angularis, dan kuku

sendok (koilonychia). Kumpulan gejala: anemia hipokromik mikrositer,

disfagia, atrofi papil lidah disebut sebagai Plumer-Vincent syndrome atau

Patterson Kelly syndrome.

3. Gejala penyakit dasar yang menyebabkan anemia defisiensi besi: gejala

penyakit cacing tambang, gejala kanker kolon dan lain-lain.

13

Tabel 2.2 Pemeriksaan Laboratorium pada Anemia Defisiensi Besi (Hilman et al.,

2000)

Deplesi Cadangan

Besi

Eritropoesis

kurang besi

Anemia defisiensi besi

Hemoglobin Normal Penurunan

ringan

Penurunan bermakna

(mikrositik/hipokromik)

Cadangan besi

S I (µg/dL)

TIBC (µg/dL)

Persentase saturasi

Feritin (µg/L)

Persentase sideroblas

Protoporfirin

Sel darah merah

(µg/dL RBC)

14

saturasi transferin, protoporfirin eritrosit, MCV, dan RDW (Cook ,1986 ; Skikne,

1988; Hercberg, 1991).

Kriteria diagnosis anemia defisiensi besi ( yang merupakan modifikasi dari

kriteria Kerlin et al., 1979 ) adalah (Bakta, 2000):

Anemia hipokromik mikrositer pada hapusan darah tepi, atau MCV < 80 fL dan

MCHC < 31 % , dengan

a. Dua dari tiga parameter di bawah ini:

1. Besi serum < 50 ug/dL

2. TIBC > 350 ug/dL

3. Saturasi transferin < 15%, atau

b. Feritin serum < 20 ug/L, atau

c. Pengecatan sumsum tulang dengan biru prusia (Perl’s stain) menunjukkan

butir-butir hemosiderin negatif, atau

d. Dengan pemberian sulfas ferosus 3 x 200 mg/hari (atau preparat besi lain yang

setara) selama empat minggu disertai kenaikan kadar hemoglobin lebih dari 2

g/dL.

Di klinik baku emas (gold standard) untuk diagnosis anemia defisiensi

besi adalah pengecatan besi pada sumsum tulang (Perl’s stain).

2.1.7 Diagnosis banding anemia defisiensi besi

Anemia defisiensi besi perlu dibedakan dari anemia hipokromik mikrositer

lain, serta anemia yang disertai gangguan metabolisme besi (Frewin et al., 1997;

Lee, 1999; Hoffman, 2000):

1. Anemia akibat penyakit kronik

2. Thalasemia mayor atau intermedia

15

3. Anemia sideroblastik

Untuk lebih jelasnya diagnosis banding anemia defisiensi besi dapat

dilihat pada tabel 3 di bawah ini.

Tabel 2.3 Diagnosis diferensial anemia defisiensi besi (Bakta, 2000).

Parameter ADB ACD Thalasemia A. sideroblastik

Anemia

Morfologi

Retikulosit

Anisositosis

Besi serum

TIBC

Feritin serum

Besi sumsum tulang

Ring sideroblast

Elektroforesis Hb

Bisa berat

Hipo-mikro

Normal

Berat

Menurun

Meningkat

Menurun

Negatif

Negatif

Normal

Ringan-sedang

Normo-normo

Normal

Ringan

Menurun

Menurun

Normal

N/meningkat

Negatif

Normal

Bisa berat

Hipo-mikro

Meningkat

Berat

Meningkat

Menurun

Meningkat

Meningkat

Negatif

Abnormal

Bisa berat

Populasi ganda

N/menurun

Sedang

N/meningkat

N/menurun

Meningkat

Normal

Positif

Normal

2.1.8 ADB menimbulkan berbagai kelainan

Berbagai kelainan yang ditimbulkan oleh ADB (Conrad,2002):

1. ADB akan menurunkan kemampuan kerja karena otot mudah lelah akibat

kekurangan ensim yang mengandung besi yang diperlukan untuk metabolisme

otot ;

2. Anemia yang berat akan menyebabkan hipoksia sehingga akan menimbulkan

insufisiensi koroner dan miokardial iskemia serta dapat memperburuk

penyakit paru kronis ;

3. Kerusakan dari epitel dan mukosa dapat dijumpai pada penderita ADB.

adanya kuku yang abnormal, atropi papil lidah serta stomatitis angularis. Juga

dapat ditemukan adanya disfagia, gastritis atrofikan dan gangguan vili-vili

usus halus ;

16

4. Intoleransi terhadap udara dingin dapat dijumpai pada penderita ADB dan

ditandai dengan adanya gangguan vasomotor, nyeri saraf, kesemutan dan rasa

tebal di kulit ;

5. Kadang-kadang ADB disertai dengan edema papil, peningkatan tekanan intra

kranial dan gejala seperti pseudo tumor serebri ;

6. Adanya gangguan fungsi imunitas sehingga penderita sangat rentan terhadap

infeksi, namun bukti untuk ini belum begitu kuat ;

7. Anak-anak dengan ADB sering menunjukkan gejala kelainan tingkah laku.

Bayi sering dengan gangguan pertumbuhan dan gangguan proses belajar pada

anak-anak usia sekolah. Dilaporkan IQ anak dengan ADB secara signifikan

lebih rendah dibandingkan dengan anak lainnya yang tidak menderita ADB.

Semua gejala ini akan menghilang apabila dilakukan koreksi dengan tablet

besi.

2.1.9 Terapi anemia defisiensi besi

Pada dasarnya pengelolaan ADB terdiri dari (Bakta, 2000):

a. Pemberian besi untuk mengisi kekurangan besi ;

b. Pengobatan terhadap penyakit dasar ;

c. Tindakan untuk mengatasi keadaan darurat.

Berat dan penyebab ADB merupakan faktor yang menentukan dalam

memilih cara terapi yang tepat pada ADB. ADB yang simtomatik atau dengan

gangguan hemodinamik memerlukan transfusi sel darah merah. Sedangkan pada

penderita yang lebih muda, memiliki daya adaptasi yang cukup baik terhadap

keadaan anemia tersebut, sehingga dapat diterapi dengan lebih konservatif .

Sebagian besar penderita ADB dapat diobati dengan besi oral saja. Penderita

17

diberikan transfusi darah merah apabila (Bakta, 2000; Adamson, 2001; Beutler,

2003):

1. Gejala anemia yang sangat simtomatik ;

2. Anemia dengan kelainan hemodinamik ;

3. Jika direncanakan operasi segera.

4. Ibu hamil dengan kadar Hb < 7 g/dL pada dua minggu terakhir masa

kehamilannya.

2.1.9.1 Terapi besi oral

Hampir sebagian besar penderita ADB, memberikan respon dalam bentuk

perbaikan klinik dan laboratorik dengan preparat besi oral. Bermacam-macam

sediaan besi yang beredar dari mulai garam besi yang sederhana sampai sediaan

besi yang komplek. Pada umumnya semua sediaan besi dapat diabsorpsi dengan

baik di saluran cerna (Adamson, 2001; Beutler, 2003).

Untuk tujuan replacement therapy dosis besi diberikan adalah dosis 300

mg per hari dibagi dalam 3 atau 4 dosis. Besi sebaiknya diberikan dalam keadaan

lambung kosong, karena beberapa bahan makanan dapat menghambat

absorpsinya. Pemberian besi 200-300 mg perhari akan menyebabkan terjadinya

absorpsi besi sebanyak 50 mg per hari. Keadaan ini akan menyebabkan terjadinya

peningkatan produksi eritrosit 2-3 kali lipat bila sumsum tulang dan rangsangan

eritropoitin dalam keadaan normal. Target terapi ADB adalah tidak hanya

memperbaiki anemianya, tetapi juga meningkatkan cadangan besi tubuh paling

sedikit mencapai ½-1 g. Untuk mencapai hal ini penderita ADB perlu diberikan

besi 6-12 bulan (Adamson, 2001).

18

Diperkirakan sebanyak 10-20% pemberian besi oral akan disertai dengan

ganggan nyeri perut, mual, muntah, diare atau konstipasi. Gejala ini biasanya

timbul 30-60 menit setelah terapi, kadang-kadang bisa timbul dalam 2-3 hari

setelah terapi. Efek samping ini berhubungan dengan dosis, makin tinggi dosis

kemungkinan terjadinya keluhan di atas makin besar (Adamson, 2001; Beutler,

2003).

Respon pengobatan tergantung dari absorpsi besi dan rangsangan

eritropoitin. Retikulosit umumnya mulai meningkat pada hari keempat sampai

ketujuh setelah terapi besi. Tidak adanya respon menunjukkan adanya beberapa

kemungkinan seperti diagnosis salah, dosis besi yang kurang, kepatuhan penderita

kurang, masih ada perdarahan yang cukup banyak atau adanya penyakit lain

bersama-sama ADB (Andrews, 1999; Bakta, 2000).

2.1.9.2 Terapi besi parenteral

Indikasi utama pemberian besi parenteral adalah perdarahan yang tidak

terkontrol, intoleransi, malabsorpsi dan kepatuhan terhadap besi oral yang rendah.

Apabila satu atau dua jam setelah pemberian sulfas ferosus 60 mg, terjadi

peningkatan besi serum kurang dari 100 μg% dari besi sebelumnya pada saat

puasa maka secara sederhana dapat disimpulkan terjadi malabsorpsi besi (Beutler,

2003).

Pemberian besi secara parenteral dapat dilakukan dengan dua cara yaitu

pemberian besi sekaligus dengan menghitung kebutuhan besi dan cadangan besi

dan yang lainnya adalah pemberian besi dalam dosis kecil dan berulang-ulang.

Jumlah besi yang dibutuhkan adalah BB (kg) X 2,3 X [15 – Hb penderita (g/dL)]

+ 500 atau 1000 mg untuk cadangan besi (Beutler, 2003).

19

2.2 Metabolisme Besi

2.2.1 Metabolisme besi pada manusia

Orang dewasa laki-laki dalam keadaan normal mengandung besi 35-45

mg/kgBB, sedangkan wanita premenopause mempunyai kandungan besi yang

lebih rendah. Hal ini disebabkan oleh karena kehilangan darah yang berulang

akibat menstruasi. Lebih dari dua pertiga besi tubuh berada dalam hemoglobin.

Masing-masing eritrosit mengandung jutaan atom besi, dan dalam keadaan normal

terjadi pertukaran besi sebanyak 2 X 1020 atom perhari. Oleh karena itu anemia

merupakan gejala utama defisiensi besi (Andrews, 1999).

Besi merupakan nutrisi esensial untuk berlangsungnya beberapa fungsi

metabolisme tubuh untuk semua organisme hidup. Pada manusia besi adalah

komponen penting dari ratusan protein dan enzim penting yang berperan dalam

setiap proses biologik tubuh. Beberapa senyawa penting yang mengandung besi

antara lain heme untuk pembentukan hemoglobin dan transport oksigen, sitokrom

diperlukan untuk produksi energi di tingkat sel dan penting dalam transport

elektron di mitokondria dalam proses respirasi sel. Seperti diketahui respirasi sel

merupakan hal yang sangat penting bagi kelangsungan hidup setiap mahluk di

dunia ini. Pada proses ini bahan makanan akan dimetabolisme menjadi molekul

energi dalam bentuk ATP dan panas. Ada tiga fase utama dari proses respirasi sel

yaitu glikolisis, siklus Kreb dan electron transport chain (rantai respirasi). Pada

proses oksidasi fosforilasi ini diperlukan enzim penting seperti sitokrom dan

NADPH dehydrogenase yang mengandung besi agar metabolisme berfungsi baik.

Enzim lain yang penting yang mengandung besi adalah katalase, DNA

ribonuklease dan mieloperoksidase. Disamping itu beberapa fungsi metabolisme

20

yang membutuhkan besi adalah fungsi dan perkembangan otak, aktivitas otot dan

sintesis neurotransmiter, fungsi imunitas tubuh, fungsi detoksifikasi hepar dan

fungsi sintesis DNA.

Tempat-tempat besi tubuh selain hemoglobin antara lain hepatosit,

makrofag retikuloendotelial dan otot. Sel hepatosit dapat mengikat besi yang

diabsorpsi dari usus atau kelebihan besi serum akibat kelebihan kapasitas daya

ikat transferin. Makrofag retikuloendotelial mengambil besi dari eritrosit yang

sudah tua dan mengembalikan lagi ke transferin untuk dipergunakan lagi

(Andrews, 1999; Fairbank et al., 2001).

Siklus metabolisme besi merupakan sistem yang tertutup. Masing-masing

atom besi mengalami resirkulasi dari plasma dan cairan ekstraseluler ke sumsum

tulang dan berikatan di dalam hemoglobin. Selanjutnya eritrosit akan beredar di

dalam sirkulasi kurang lebih selama empat bulan. Eritrosit yang sudah tua akan

difagositosis dalam sistem retikuloendotelial dan besi yang berada dalam eritrosit

tersebut akan dilepaskan kembali ke dalam plasma (Andrews, 1999; Pietrangalo,

2002).

Setiap siklus tersebut, sebagian kecil besi akan disimpan dalam bentuk

feritin atau hemosiderin. Sebagian kecil besi tubuh akan hilang, antara lain

melalui urin, feses, keringat, kerusakan epitel atau perdarahan. Jumlah yang

hilang ini diperkirakan 1-2 mg per hari dan setara dengan jumlah yang diabsorpsi

(Andrews, 1999; Fairbank et al., 2001; Pietrangalo, 2002).

Walaupun absorpsi besi dari saluran cerna sedikit, tetapi harus terdapat

pengaturan yang sempurna agar tidak terjadi kelebihan besi dalam tubuh.

Absorpsi besi merupakan salah satu mekanisme pengaturan besi dalam tubuh. Hal

21

ini disebabkan karena tidak ada mekanisme fisiologis yang mengatur pengeluaran

kelebihan besi tubuh. Besi diabsorpsi di duodenum dan bagian proksimal jejenum

(Andrews, 1999; Fairbank et al., 2001).

Besi yang berasal dari makanan tidak terikat dengan transferin di dalam

lumen intestinal. Mekanisme transportasi ion besi dari saluran cerna ke dalam

plasma tidak sepenuhnya diketahui. Proses ini melibatkan enzim ferrireductase,

divalent metal transporter (DMT1), hephaestin dan integrin. Absorpsi besi

meningkat bila terjadi defisiensi besi dan menurun bila terjadi kelebihan besi

(Andrews, 1999; Beutler et al., 2003, Fairbank et al., 2001).

Besi di dalam plasma akan diikat oleh transferin dan mengangkut besi ini

menuju reseptor transferin. Ikatan antara besi-transferin akan berikatan dengan

reseptor transferin pada permukaan prekursor eritroid. Komplek ini selanjutnya

mengalami endositosis dan membentuk endosom. Pompa proton akan

menyebabkan pH di dalam endosom rendah sehingga terjadi pelepasan ion besi

dari transferin menuju ke sitoplasma melalui DMT1. Selanjutnya reseptor

transferin dan DMT1 akan kembali ke permukaan sel untuk proses yang sama

berikutnya (Andrews, 1999; Fairbank et al., 2001).

2.2.2 Metabolisme besi pada kuman

Besi merupakan faktor pertumbuhan yang penting bagi bakteri patogen.

Besi diperlukan oleh hampir sebagian besar mikroorganisme untuk beberapa

proses metabolisme yang penting seperti replikasi kuman, transport elektron,

glikolisis, sintesis DNA dan pertahanan terhadap reactive oxygen intermediates

(ROI). Sistem pengambilan besi pada kuman, memungkinkan kuman tersebut

22

untuk berkompetisi mendapat elemen penting seperti besi dari lingkungan

(Schaible et al., 2004).

Pada tubuh manusia banyak sel dan organ yang memiliki mekanisme

spesifik untuk transport besi melalui membran sel. Sumber besi yang utama untuk

produksi haem dan proliferasi sel adalah transferin. Protein transferin ini dapat

membawa dua atom besi. Besi ini akan dihantarkan kepada sel yang

membutuhkan besi secara fisiologis melalui reseptor transferin. Pada umumnya

reseptor ini ditemukan pada permukaan eritroblas, yang bertanggung jawab atas

terbentuknya hemoglobin. Sekarang telah diketahui variasi-variasi molekul besi di

dalam tubuh (Marx, 2002).

Gambar 2.1 Akses mikroorganisme terhadap cadangan besi tubuh (Marx 2002)

Sumber-sumber besi tubuh yang dapat diperoleh oleh mikroorganisme adalah di

dalam plasma, sel, saluran cerna dan permukaan tubuh.

Tf: transferrin; NTBI: non-transferrin-bound iron; BM: bone marrow; Hb:

hemoglobin; RBC: red blood cells; MPS: momonuclear phagocyte system

23

Mikroorganisme mempunyai beberapa cara untuk mengambil besi dari

sekitarnya baik dari cairan tubuh fisiologis, saluran intestinal, saluran nafas,

urogenital, kulit dan permukaan tubuh. Molekul yang berperan terhadap

pengambilan besi tersebut dapat berupa reseptor, kanal yang lokasinya di bagian

luar atau dalam membran sel mikroba dan siderophores yang memiliki afinitas

yang tinggi terhadap molekul pengikat besi. Mekanisme kuman untuk

memperoleh besi sangat komplek. Beberapa kuman menunjukkan adanya

mekanisme pengambilan besi lebih dari satu dan pada saat yang sama.

Gambar 1 menunjukkan kompleksitas dari sumber-sumber besi, sistem

transport pada bakteri gram negatif. Membran luar dari bakteri ini tersusun oleh

lipid bilayer, tempat dari insersi protein. Molekul hidrofilik yang lebih kecil dari

700 Da dapat melewati pori-pori air pada priotein terinsersi. Komplek besi pada

umumnya berukuran lebih dari 700 Da sehingga memerlukan reseptor spesifik

untuk dapat melewati membran tersebut (Weinberg, 1984; Marx , 2002).

2.2.2.1 Transferin dan laktoferin sebagai sumber besi

Mikroorganisme yang menggunakan sistem transport transferin maupun

laktoferin dapat mengambil besi secara langsung dari plasma, seperti pada

Haemophillus influenzae, Neisseria meningitidis dan Neisseria gonorrhoeae.

Mekanisme internalisasi dari transferin-besi pada mikroba berbeda dengan proses

pada mamalia (Weinberg, 1984; Marx , 2002).

Diduga ada dua macam transferrin-binding protein pada mikroba, yaitu

Tbp1 dan Tbp2. Transferrin-binding protein ini dapat mengikat molekul

transferin-Fe(III). Tbp1 merupakan bagian dari protein lapisan membran luar dan

Tbp2 merupakan lipoprotein pada lapisan membran dalam. Berbeda halnya

24

dengan transferin reseptor pada mamalia, reseptor tansferrin pada mikroba tidak

mengalami proses internalisasi. Setelah terjadinya ikatan antara transferin dengan

Tbp1 maupun Tbp2, besi akan dilepaskan dan masuk kedalam periplasmic space

melalui lubang (gate pore). Selanjutnya besi akan diikat oleh ferric-binding

protein dan dibawa masuk kedalam sitoplasma (Weinberg, 1984; Marx , 2002).

Sistem transport untuk transferin maupun laktoferrin sangat spesifik dan

sangat tergantung dari host. Lapisan membran luar N meningitidis dapat berikatan

dengan transferin manusia tetapi tidak dapat berikatan dengan transferin kerbau

atau sapi. Mikroba tetap dapat hidup di dalam host apabila memiliki reseptor

spesifik terhadap transferin. Transferin atau lactoferrin binding system akan

menentukan lokasi dari infeksi. Kuman yang menggunakan transferin binding

system untuk mengambil besi biasanya dijumpai di dalam plasma atau cairan

serebrospinal. Sedangkan kuman yang menggunakan lactoferrin binding system

biasanya terdapat pada permukaan mukosa seperti mukosa saluran nafas,

gastrointestinal dan urogenital (Weinberg, 1984; Marx , 2002).

2.2.2.2 Haem dan hemoglobin sebagai sumber besi

Dalam tubuh manusia, hemoglobin yang berada di dalam eritrosit

mengandung besi paling banyak dibandingkan sumber besi lainnya di dalam

tubuh dan berbagai kuman patogen mempunyai berbagai macam cara untuk

mendapat besi dari eritrosit ini. Beberapa kuman dapat mengambil besi dari haem.

Haem ini akan ditransportasikan menuju ke periplasma melalui haem-specific

outer membrane receptor selanjutnya ke dalam sitoplasma. Beberapa bakteri

dapat mengambil besi dari hemoglobin atau dari haem dan hemoglobin. Afinitas

terhadap hemoglobin manusia lebih tinggi dibandingkan terhadap mamalia yang

25

lainnya. Haptoglobulin dan haemopexin dapat bersifat bakteriostatik apabila tidak

mempunyai besi (Marx, 2002).

Strategi yang paling efektif dari kuman untuk mendapatkan besi adalah

dengan merusak eritrosit dan mengambil besi dari hemoglobin. Cara ini terjadi

pada Plasmodium sp dan beberapa bakteri seperti Bartonella spp.

2.2.2.3 Siderophores

Bakteri dan jamur dapat memproduksi molekul yang disebut siderophores.

Molekul ini merupakan molekul dengan berat molekul rendah dan dapat

mengadakan ikatan dengan besi. Disekresi oleh kuman di lingkungannya dan

dapat mengambil besi dari ligan, kemudian komplek besi-siderophore kembali ke

kuman. Siderophore merupakan substrat yang spesifik bagi outer dan inner

membrane receptor. Beberapa contoh siderophore adalah ferrichrome,

enterobactin atau enterochelin, staphyloferrin A, ferrioxamine (Marx, 2002).

Pada bakteri gram negatif ferrichrome dapat berikatan dengan membran

transporter yang disebut FhuA. Selanjutnya ferrichrome akan dihantarkan menuju

ke sitoplasma. Pada keadaan besi host yang sangat rendah, sintesis FhuA

meningkat ratusan sampai ribuan kali. Sebaliknya pada jumlah besi yang

berlebihan akan terjadi penurunan jumlah FhuA. Hal ini merupakan mekanisme

pertahanan kuman untuk mencegah terjadinya kelebihan besi yang dapat merusak

sel dan DNA. Secara skematis transpor besi melalui siderophore dapat

digambarkan pada gambar 2 (Marx, 2002).

26

Gambar 2.2 Gambar skematik mekanisme pengambilan Fe(II) dan Fe(III) pada

bakteri gram negatif (Marx 2002)

2.2.2.4 Pengurangan penyediaan besi sebagai mekanisme pertahanan host

Adanya invasi kuman akan menyebabkan host mengurangi ketersediaan

besi yang dibutuhkan oleh kuman. Beberapa mekanisme pengurangan tersebut

adalah (Weinberg, 1978; Weinberg, 1984):

1. Peningkatan ekskresi besi endogen di urine, keringat, feses dan empedu.

2. Penurunan absorpsi besi eksogen di saluran cerna.

3. Penurunan besi plasma akibat perpindahan besi dari plasma ke dalam

cadangan besi.

4. Adanya protein pengikat besi di tempat masuknya kuman.

5. Peningkatan sintesis host iron-binding protein.

6. Penekanan sintesis siderophore mikroba.

27

2.3 Sistem Imunitas Manusia

Sistem imun adalah semua mekanisme yang digunakan badan untuk

mempertahankan keutuhan tubuh sebagai perlindungan terhadap bahaya yang

timbul baik dari luar maupun dari dalam tubuh sendiri. Mekanisme ini diperlukan

untuk tiga hal utama yaitu: pertahanan, homeostasis dan pengawasan. Fungsi

pertahanan ditujukan terhadap invasi kuman mikroorganisme, homeostasis untuk

mengeliminasi komponen tubuh yang sudah tua dan tidak berguna bagi tubuh

sedang fungsi pengawasan diperlukan untuk menghancurkan sel-sel yang

bermutasi ganas.

Ada dua mekanisme utama tubuh dalam rangka mempertahan diri dari

serangan kuman yaitu respon imun yang alami (innate) dan respon yang didapat

(adaptive). Respon alami timbul dengan intensitas yang hampir sama pada setiap

paparan, oleh karena sistem imun alami tidak mempunyai mekanisme memori.

Respon ini timbul lebih dulu dari respon adaptif. Komponen seluler dari sistem ini

adalah makrofag, granulosit dan sel NK (Natural Keller) yang dengan sistem

reseptor (toll-like) dapat membedakan antara benda asing dengan sel sendiri

(Sabroe et al., 2003). Respon imun adaptif adalah antigen-specific dimana respon

yang didapat akan meningkat sesuai dengan jumlah paparan yang terjadi sehingga

respon adaptif akan makin efisien dan makin cepat pada paparan ulang. Ada

berbagai antigen yang dapat memicu respon adaptif dan imunitas ini dapat

berlangsung lama tapi tidak permanen (Deckera, 2004). Sistem ini dapat

membedakan antara self dan non-self dengan menghancurkan yang non-self dan

membiarkan yang self. Respon imun adaptif meliputi proses proliferasi dari sel B

dan T yang antigen-spesific, yang akan terjadi apabila ada ikatan antara reseptor

28

permukaan sel ini dengan antigen. Sel tertentu yang dikenal sebagai APC (antigen

presenting cell) akan membawakan antigen kepada sel limfosit dan akan terjadi

kolaborasi diantara mereka sebagai respon terhadap antigen tersebut. Sel limfosit

B akan memproduksi imunoglobulin yang dapat mengikat antigen sehingga dapat

mengeliminasi mikroorganisme ekstraseluler. Sel T akan membantu sel B untuk

membuat antibodi dan juga dapat membunuh patogen intra seluler dengan

mengaktifkan makrofag serta membunuh sel yang terinfeksi oleh virus. Respon

imun baik alami maupun yang adaptif diperlukan untuk bekerjasama dalam

rangka mengeliminasi patogen (Delves et al.b, 2000; Decker a, 2004).

Semua komponen seluler dari sistem imun berkembang dari sel induk

pluri-potent di sumsum tulang dan akan bersirkulasi ke jaringan ekstraseluler. Sel

B akan mengalami pematangan di sumsum tulang sedangkan sel T harus masuk

ke kelenjar timus untuk menjalani proses pematangan sehingga dapat menjalani

fungsinya dengan baik. Respon adaptif akan mengalami proses pematangan pada

kelenjar limfe, lien dan jaringan limfe di mukosa (MALT = mucosal associated

lymphoid tissue), yang disebut sebagai jaringan limfoid sekunder, dimana proses

aktivasi sel B dan sel T dilakukan pada kompartemen yang berbeda. Sel B akan

mengalami aktivasi pada germinal center sedangkan sel T lebih banyak

didapatkan di daerah parafolikuler.

29

2.3.1 Pengenalan dalam proses imun

Untuk dapat menimbulkan infeksi, bahan patogen harus berhasil melalui 3

tingkatan pertahanan tubuh yaitu adanya barier permukaan seperti ensim dan

mukus baik yang langsung bersifat antimikrobial maupun dengan menghambat

perlengketan dari mikroba tersebut. Setelah mampu melawati barier ini maka

patogen tersebut akan berhadapan dengan 2 jenis pertahanan yaitu respon imun

yang alami (innate immune responses) dan respon imun yang didapat (acquired

immune responses). Tubuh secara potensial dapat bereaksi hampir pada semua hal

yang dapat berikatan dengan reseptor sistem imun. Molekul antigen ini bisa

merupakan molekul kecil yang simpel sampai pada molekul sangat kompleks.

Baik reseptor sel T maupun reseptor sel B dapat mengikat bagian dari antigen

yang dikenal dengan epitop sehingga membentuk komplek ikatan antigen reseptor

yang selanjutnya akan mestimulasi respon tubuh yang sesuai. Antigen yang dapat

memicu respon imun disebut sebagai imunogenik, dan tidak semua antigen secara

alami imunogenik. Antigen dengan molekul kecil yang non-imunogenik disebut

sebagai hapten dan harus berikatan dengan molekul yang lebih besar yang

imunogenik yang disebut dengan carriers, untuk dapat menimbulkan respon

imun. Sedang karbohidrat harus berikatan dengan protein agar dapat merangsang

respon imun seperti pada kasus antigen polisakarida pada vaksin Haemophilus

influenzae. Banyak mikroorganisme secara alami mempunyai apa yang disebut

adjuvant immunostimulatory molecules seperti lipopolysaccharide dan muramyl

dipeptide sehingga dapat menambah respon imunitas (Delves et al., 2000).

30

2.3.2 Perkembangan sel T dan sel B

Perkembangan sel limfosit dan mieloid dari sel induk di hati (pada infant)

dan sumsum tulang dituntun olah adanya interaksi antara sel stromal (sel

fibroblas) dan interleukin. Pada fase awal dari perkembangan sel limfosit tidak

diperlukan adanya stimulasi antigen akan tetapi begitu sel ini mengekspresikan

reseptor pada permukaannya maka akan diperlukan stimulasi antigen yang sesuai

untuk dapatnya sel yang bersangkutan berkembang lebih jauh dan survive.

Sel B yang berkembang pada fase awal dari kehidupan dikenal sebagai sel

B1. Hampir semua sel B1 mempunyai CD5, suatu molekul adesi dan molekul

sinyal. Mereka ini merupakan sumber dari antibodi natural yaitu suatu antibodi

IgM yang polireaktif (molekul ini dapat mengenal beberapa antigen yang berbeda

bahkan juga patogen yang komensal serta autoantigen). Secara umum antibodi ini

mempunyai afinitas yang rendah. Sebaliknya sel B yang tidak mempunyai

molekul CD5 yang biasanya berkembang belakangan dikenal sebagai sel B2.

Sebelum bertemu dengan antigen sel ini mengekspresikan bersama-sama molekul

IgM dan IgD pada permukaannya dan pada saat sel akan menjadi sel memori, sel

ini akan melakukan class-switching dan mengekspresikan IgA, IgG atau IgE

sebagai reseptor permukaannya. Komplek antibodi-antigen dan komplemen yang

terbentuk pada jaringan limfoid sekunder berdekatan dengan lokasi sel dendritik

sehingga hal ini akan menginisiasi pembentukan area yang disebut sebagai

germinal center yaitu suatu area dimana sel B akan teraktivasi sehingga

menimbulkan respon imun. Di sini sel B2 yang bertemu dengan antigen akan

melakukan immunoglobulin class switching dan akan memproduksi IgA, IgG atau

IgE. Sel plasma dan sel memori juga terbentuk di germinal center. Akan tetapi

31

fase akhir dari diferensiasi sel B2 menjadi sel plasma terjadi pada jaringan limfoid

sekunder di luar germinal center. Meskipun umumnya berumur pendek, kadang-

kadang sel plasma dapat survive sampai berminggu-minggu pada sumsum tulang

(Delves et al., 2000).

Sel T berkembang di dalam kelenjar timus, dimana lingkungan mikro dari

timus akan mengarahkan diferensiasi sel T termasuk juga seleksi positif dan

negatif dari perkembangan sel T. Sel progenitor limfoid yang berasal dari sumsum

tulang akan bermigrasi ke timus untuk melengkapi perkembangannya sehingga

menjadi sel matang dan menjadi sel T yang berfungsi. Disini sel T akan

mendapatkan Marxer-nya yang spesifik seperti TCR (T Cell Receptor), CD3, CD4

atau CD8 dan CD2. Sel T juga akan menjalani apa yang disebut thymic education

yaitu proses seleksi positif dan negatif.

Sel induk secara terus menerus akan bermigrasi dari sumsum tulang ke

timus, dimana sel ini akan berkembang menjadi sel T. Bukti terakhir

menunjukkan bahwa walaupun terjadi degenerasi parsial pada timus orang dewasa

namun sel T tetap berkembang pada timus sepanjang hidupnya. Sel T dengan α/β

TCR akan tetap di sini sambil terus mengalami prosedur seleksi. Tidak seperti

molekul antibodi yang juga merupakan BCR (B Cell Receptor), dapat mengenal

antigen dalam bentuk utuh (native/natural), TCR hanya dapat mengenal fragmen

peptida dari intraseluler antigen yang sebelumnya telah diproses oleh sel

makrofag dan dipresentasi oleh molekul MHC yang sesuai. Susunan asam amino

baik yang berasal dari MHC maupun dari peptida antigen dapat dikenal oleh TCR.

Jadi TCR dapat mengenal molekul MHC yang berasal dari tubuh sendiri (self)

bersama dengan peptida yang berasal dari antigen asing. Oleh karena itu untuk

32

dapat mengenal antigen asing yang dipresentasikan oleh molekul MHC maka sel

T harus mengenal self MHC. Molekul MHC adalah molekul yang sangat

polimorfik. Dan untuk mengenalnya tanpa menimbulkan autoreactive diperlukan

suatu mekanisme kontrol yang disebut dengan thymic education, yaitu suatu

proses seleksi termasuk yang dikenal dengan positive selection dan negative

selection (Sprent et al., 1989; Delves et al a., 2000; Poulin et al., 2003).

Sel yang lolos positive selection adalah sel T yang mengekspresikan TCR

yang mampu berinteraksi dengan MHC-selfpeptide complexes yang terbentuk

pada sel epitel korteks timus. Positive selection akan mematikan tombol apoptosis

yang sebelumnya terjadi pada perkembangan alami dari sel T. Lebih dari 95%

dari sel T tidak akan terseleksi pada fase ini sehingga akan mati di dalam timus.

Sebaliknya pada negative selection adalah mekanisme yang dapat menginduksi

apoptosis pada sel T yang mengekspresikan TCR yang bereaksi dengan afinitas

tinggi dengan kompleks self MHC-self peptide pada permukaan sel dendritik dan

makrofag yang berasal dari sumsum tulang pada daerah medula dari timus

(MacLelan et al., 2002; Decker c, 2004).

33

Gambar 2.3 Pematangan sel T pada timus (Delves et al.a, 2000; Krishnan et al.,

2003) Sebagian dari TCR sel T mengenal peptida yang berasal dari antigen asing

dan bagian lain TCR mengenal self MHC. Akibat proses alami dari gene

rearrangement dari pembentukan TCR yang bersifat random maka hanya

sebagian kecil dari sel T saja akan diseleksi positif pada korteks timus. Namun

beberapa dari sel ini cukup berbahaya karena kemampuan TCR nya bereaksi kuat

dengan self peptide dan self MHC (atau bahkan dengan hanya molekul MHC

saja). Kelompok sel autoimun ini akan dieliminasi dengan menginduksi apoptosis

apabila mereka berinteraksi dengan sel dendritik dan makrofag pada daerah

medula dari timus (negative selection). Seleksi ini akhirnya hanya menyisakan

sebagian kecil sel T yang hanya mempunyai afinitas yang rendah terhadap self

MHC

34

2.3.3 Imunitas seluler

CMI adalah suatu respon imun yang tidak melibatkan antibodi akan tetapi

lebih banyak melibatkan proses aktivasi sel T menjadi sel T sitotoksik, aktivasi sel

makrofag dan sel NK, serta stimulasi produksi interleukin sebagai respon terhadap

antigen. Mekanisme ini ditujukan terhadap mikroba yang berhasil lolos dari

proses fagositosis dan terhadap mikroba yang menginfeksi sel non-fagositik.

Mekanisme ini sangat efektif untuk menghilangkan sel yang terinfeksi oleh virus.

Namun demikian sel ini juga berperan terhadap infeksi jamur, protozoa, sel

kanker dan bakteri intraseluler. CMI juga memegang peran yang penting pada

proses transplantasi.

Seperti diketahui, sistem imun kita tak dapat meramalkan jenis antigen apa

yang akhirnya akan ditemukan. Oleh karena itu tubuh kita mengembangkan suatu

sistem yang mampu bereaksi dengan segala macam antigen. Hal ini dapat

dikerjakan oleh karena sel B dan sel T mempunyai sistem yang unik yang disebut

gene translocation, suatu proses perpindahan suatu gen tertentu dari suatu

kromosom ke gen lainnya pada kromosom lainnya. Oleh karena itu akan dapat

dibuat suatu reseptor permukaan yang dapat bereaksi dengan suatu peptida

tertentu yang berikatan dengan molekul MHC. CMI merupakan mekanisme yang

mendasari proses hipersensitivitas tipe lambat yaitu suatu respon imun yang

berefek merugikan seperti reaksi penolakan jaringan, dermatitis kontak, tes PPD

(purified protein derivative) untuk tuberkulosa dan lainnya (Kaiser, 2003).

35

Ada 5 langkah penting dalam timbulnya respon cell-mediated immunity, yaitu:

1. Antigen yang masuk harus dikenali oleh APC. Sel limfosit T4 dan T8

diperlukan untuk melaksanakan tugas selanjutnya. Apabila antigen ini masuk

lewat darah maka pertemuan antara APC, sel T4 dan T8 terjadi di lien, di

BALT (bronchial-associated lymphoid tissue) dan MALT apabila antigennya

melalui saluran nafas, di Peyer’s patches apabila antigen masuk melalui

saluran cerna.

2. Sel T4 dan T8 naïve harus mengenali epitop peptida dari antigen yang

bersangkutan, yang selanjutnya akan mengaktifkan sel T4 dan sel T8. Hal ini

disebut sebagai clonal selection.

3. Setelah terjadi aktivasi, sel T4 dan sel T8 akan berproliferasi menjadi klon sel

yang spesifik terhadap antigen yang bersangkutan di dalam usaha tubuh untuk

menyediakan sel yang cukup untuk menimbulkan respon imun yang memadai

melawan antigen tersebut. Hal ini dikenal sebagai clonal expansion.

4. Klon dari sel T4 dan sel T8 ini akan berdiferensiasi menjadi sel efektor yang

mampu mengarahkan respon tubuh melawan antigen yang masuk dan akan

menghancurkannya atau menghilangkan.

5. Beberapa dari sel limfosit tadi berdiferensiasi menjadi sel memori T4, sel

memori T8 dan sel T supresor.

Dengan adanya sel memori ini akan memungkinkan reaksi imun menjadi lebih

cepat dan produksi interleukin yang lebih banyak. Sel T8 supresor membantu

untuk mengontrol respon imun dengan menghentikan respon tubuh baik seluler

maupun humoral (Kaiser, 2003). Sel T yang telah teraktivasi sempurna akan

mulai memproduksi rantai α dari IL-2R . IL-2R (Tac) akan meningkatkan afinitas

36

dari IL-2R sehingga kadar yang rendah dari IL-2 dapat mengaktivasi sel T untuk

memulai proliferasi konal dan berdiferensiasi menjadi sel efektor. Sel T naïve

hanya mengekspresikan rantai β dan γ dari IL-2R dan mempunyai afinitas yang

lemah terhadap IL-2. Ekspresi dari reseptor yang mempunyai afinitas tinggi

terhadap spesifik antigen oleh sel T yang teraktivasi membuat respon imun yang

terjadi tetap antigen-spesific, oleh karena interleukin yang sama dapat dibuat

terhadap beberapa antigen yang berbeda.

Gambar 2.4 Aktivasi sel T (Delves et al.a, 2000)

Aktivasi sel T melibatkan proses integratif dimulai dengan ikatan antara antigen

dan reseptor pada permukaan sel. Diikuti dengan ikatan dengan CD3 dan rantai γ

ITAMs (immunoreceptor tyrosine-base activating motifs), dan p 56ick, p59fyn

dan ZAP-70. Rangkaian ini akan menyebabkan downstream sinyal melalui

beberapa sinyal transduction pathways sampai akhirnya mengaktifkan protein

transcription factor untuk gen yang terlibat pada proses proliferasi dan

diferensiasi. Sinyal dari co-reseptor seperti misalnya CD28 juga diperlukan untuk

mengaktifkan sel T, sebaliknya kalau tidak ada costimulator maka sel akan

menjadi anergi atau apoptosis.

37

2.3.4 Sel T efektor

Setelah 4-5 hari mengalami clonal expansion, sel T akan berdiferensiasi

menjadi sel efektor yang tidak lagi memerlukan co-stimulator untuk melakukan

fungsinya yaitu sitotoksisitas dan sekresi interleukin. Sel T akan tetap berikatan

dengan komplek peptida MHC untuk dapat membunuh atau mengaktifkan sel

target. Ada 3 klas sel efektor yang spesifik untuk 3 jenis patogen. CD8 CTL akan

membunuh sel yang mempresentasikan peptida sitosolik pada molekul MHC klas

I. CD4 Th1 akan mengaktifkan makrofag yang mengandung patogen vesikuler

yang persisten yang dipresentasikan pada molekul MHC klas II. Efektor klas ini

juga mengaktifkan sel B untuk memproduksi antibodi (opsonizing antibody). CD4

Th2 berfungsi untuk mengaktifkan sel B untuk memproduksi antibodi

(neutralizing antibody).

Sel efektor Th dibedakan atas jenis interleukin yang dikeluarkannya. Th1

CD4 akan mmemproduksi IL-2, IFN (interferon) γ, dan TNF (tumor necrosis

factor) β yang akan mengaktifkan CD8 Tc dan makrofag untuk menginduksi

respon inflamasi dan imunitas seluler. Th1 juga mengeluarkan IL-3 dan GM-CSF

yang akan memicu sel induk pada sumsum tulang untuk membuat lebih banyak

leukosit dan sel B untuk membuat antibodi opsonisasi (IgG1 dan IgG3). Sedang

Th2 akan memproduksi IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 yang akan merangsang sel B

untuk membuat antibodi netralisasi. Disamping itu interleukin yang diproduksi

oleh sel Th1 dan Th2 mempunyai efek yang berlawanan pada sel Th. IFN γ yang

diproduksi oleh Th1 akan menghambat proliferasi sel Th2, sebaliknya IL-10 yang

dikeluarkan oleh Th2 akan menghambat produksi IL-2 dan IFN γ oleh Th1.

38

Keseimbangan antara Th1 dan Th2 akan menentukan respon imun humoral

ataukah seluler yang lebih berperan (Kaiser, 2003).

2.3.5 Kerjasama antar sel

Kerjasama antar sel merupakan interaksi beberapa mekanisme efektor

dimana akan terjadi kerjasama antara sel T dan sel makrofag. Untuk memulai

suatu respon imun sebagian besar antigen harus diproses dan dipresentasikan oleh

sel aksesoris (APC). Sel dendritik, sel makrofag dan sel limfosit B dapat

mempresentasikan antigen dengan efisien. Sel Th (helper) mengenal antigen

hanya apabila dipresentasikan oleh APC bersama dengan molekul MHC klas II

yaitu: HLA-DR, HLA-DP, HLA-DQ. Untuk terjadinya aktivasi dan proliferasi sel

T diperlukan beberapa molekul lain seperti molekul adesi (LFA-1, ICAM) dan

beberapa costimulator lainnya (CD40, B7, Fas dll). Makrofag yang sudah

terstimulasi akan mengeluarkan IL-12 dan IL6, yang akan memulai proses

aktivasi dan proliferasi sel T. Selanjutnya, sel T yang telah terstimulasi akan

memproduksi IL-2 dan akan menginduksi clonal expansion dari sel T yang telah

mengenal antigen tertentu (Decker c, 2004).

Sel T dapat dibagi menjadi sel T efektor dan sel T regulator. Sel efektor

yang telah dikenal adalah sel T sitotoksik, yang dapat membunuh sel yang

terinfeksi virus dan sel tumor walaupun tidak ada antibodi. Untuk dapat dikenal

oleh sel T jenis ini antigen yang bersangkutan harus dipresentasikan oleh molekul

MHC klas I (HLA-A, HLA-B, HLA-C). Oleh karena molekul MHC klas I

didapatkan pada semua jenis sel maka sel T ini akan bekerja pada semua jenis sel

yang mengandung virus. Sel T regulator dapat dibagi menjadi Th (helper) dan Ts

(suppressor). Sel Th mengatur proliferasi dan diferensiasi tidak hanya sel efektor

39

tapi juga sel B. Selama aktivasi sel T akan mengekspresikan antigen yang dapat

dikenal dengan antibody monoclonal komersial. Namun harus diingat bahwa

gambaran penotipe ini tidak secara langsung menggambarkan fungsi dari sel yang

bersangkutan. Sebagai contoh, sel CD4+ tidak hanya terdiri dari sel Th tapi juga

bisa sel Tc dan sel Ts (Sprent et al., 1998; Van Der Meer et al., 2002).

Sel makrofag tidak akan dapat membunuh semua mikroorganisme tanpa

bantuan stimulasi sel imun lainnya. Beberapa mikroorganisme antara lain:

protozoa (toxoplasma gondii, trypanosoma spp), jamur (histoplasma capsulatum,

pneumocystis carinii), bakteri (mikobakteria, salmonella spp) dan virus dapat

hidup dan bahkan bereplikasi dalam sel makrofag pada penderita non-imun. Tapi

dengan adanya stimulasi dari sel Th dan interleukinnya seperti IL-2, IFN γ yang

akan mengaktifkan makrofag menjadi lebih aktif. Pada proses aktivasi ini akan

terjadi beberapa kejadian peningkatan aktifitas mikrobisidal seperti oxygen-

dependent dan oxygen-independent microbicidal mechanism sehingga dapat

membunuh patogen intraseluler (Greenwald et al., 1989; Van Der Meer et al.,

2002).

40

Gambar 2.5 Kerjasama antar sel. Sel T dengan TCR akan mengenal antigen yang

dipresentasikan dengan molekul MHC. Sel Tc adalah CD8 akan mengenal antigen

yang dipresentasikan molekul MHC I Sedang sel Th (CD4) mengenal antigen

yang dipresentasikan MHC II dan terdiri dari dua populasi Th1 dan Th2. Th1

mengeluarkan IL-2 dan IFN γ yang mengaktivasi makrofag dan sel Tc untuk

membunuh patogen intraseluler. Sel Th2 mengeluarkan IL-4,IL-5, IL-6 yang

mengaktifkan sel B untuk memproduksi antibodi. Sel B juga dapat mengenal

antigen secara langsung ataupun melalui kompleks antigen – antibodi pada sel

dendritik di germinal senter jaringan limfoid sekunder (Delves et al.b, 2000).

2.3.6 Kelainan imunitas seluler

Semua komponen dari imunitas seluler mempunyai fungsi yang penting

untuk dapatnya sistem berfungsi optimal. Oleh karena itu kelainan atau bahkan

ketidakseimbangan fungsi antara sel T regulator, defisiensi sel T efektor, adanya

gangguan sinyal antar sel dan gangguan fungsi sel makrofag akan menyebabkan

41

gangguan fungsi imunitas seluler. Akhir-akhir ini banyak ditemukan kerusakan

molekuler sebagai penyebab gangguan imunitas seluler. Seperti misalnya

gangguan proses jalur sinyal intra seluler sel T, dan molekul yang berfungsi

sebagai sinyal interseluler seperti CD40/CD40 ligand, Fas/Fas ligand, atau

gangguan reseptor IL-12 dan IFN γ. Akan tetapi perlu untuk mendapatkan

perhatian bahwa tidak semua gangguan molekul yang komplek ini akan

meyebabkan gangguan dari fungsi imunitas seluler (Van der Meer et al., 2002).

Suatu contoh kelainan imunitas seluler adalah pada kasus AIDS, dimana

virus HIV akan menyerang dan menghancurkan sel T. Pada kasus dengan

inflamasi kronis seperti sarcoidosis, suatu ketidak seimbangan antara sel T

regulator diketahui sebagai dasar patomekanismenya. Pada kasus lainya tidak

jarang dijumpai kelainan baik pada imunitas seluler maupun imunitas humoral.

Kualitas dari fungsi imunitas seluler dalam batas tertentu dapat diketahui dengan

pemeriksaan in vitro dan in vivo. Tes in vitro yang penting antara lain tes

transformasi limfosit dengan menggunakan mitogen sel T seperti anti-CD3,

phytohaemaggultination, concanavalin A. Tes lainnya adalah leucocyte migration

inhibition test (LMI), tes proliferasi, tes sitotoksisitas dan pemeriksaan produksi

interleukin . Untuk mengetahui jenis kelainannya diperlukan tes yang lebih

canggih seperti penilaian jalur sinyal intra dan interseluler sebagai work-up

kelainan dari imunitas seluler. Sedang tes in vivo adalah tes kulit yaitu tes

hipersensitivitas tipe lambat untuk mengetahui jenis antigen seperti tuberkulin,

antigen trikopiton. Penderita yang tidak berespon terhadap antigen disebut sebagai

anergi (Baratawijaya,2000).

42

Pada kasus dengan defisiensi imunitas seluler maka dapat diharapkan

infeksi oleh virus dan patogen intraseluler akan makin meningkat. Beberapa

penyakit kongenital akibat defisiensi imunitas seluler adalah celluler

immunodeficiency with immunoglobulins, DiGeorge’s Syndrome, chronic

mucocutaneous candidiasis, SCID (severe combined immunodeficiency disease),

Wiskott-Aldrich. Sedangkan gangguan imunitas seluler yang acquired (didapat)

diakibatkan oleh (1) proses keganasan yang melibatkan jaringan limfoid atau

sistem fagosit mononuklear seperti misalnya: penyakit Hodgkin, limfoma non-

Hodgkin; (2) terapi dengan obat imunosupresif seperti steroid, azathioprine,

siklofosfamid dan siklosporin A; (3) infeksi virus seperti: CMV

(cytomegalovirus), Epstein-Barr Virus (EBV), virus HIV dan mungkin hepatitis

C; (4) kehamilan; (5) pemakaian estrogen; (6) malnutrisi; (7) proses ketuaan.

Mekanisme yang mendasari gangguan imunitas seluler pada kondisi tersebut

adalah sangat kompleks dan agak berbeda pada masing-masing kondisi, oleh

karena dapat melibatkan hanya sel T regulator, sel T efektor, sel makrofag , faktor

lainnya seperti interleukin baik respon maupun produksinya atau bahkan

merupakan kombinasi dari semua komponen seluler (Van der Meer et al., 2002).

2.3.7 Pemeriksaan sistem imun seluler

2.3.7.1 Pemeriksaan in vitro

Respon imunitas seluler sangat ditentukan oleh fungsi dan aktivitas sel

limfosit. Ada 2 cara untuk menilai limfosit, yaitu dengan memeriksa kuantitas dan

fungsi sel (Baratawijaya, 2000).

43

2.3.7.1.1 Kuantitas sel limfosit

Neutropenia atau limfositopenia yang berat dapat diketahui dengan mudah

melalui pemeriksaan jumlah dan hitung jenis leukosit. Tujuh puluh lima sampai

delapan puluh persen limfosit dalam sirkulasi perifer adalah sel T, oleh karena itu

bila jumlah limfosit perifer ditemukan normal kemungkinan adanya defisiensi

limfosit T tidak besar.

2.3.7.1.1.1 Isolasi sel

Ficoll digunakan untuk mengisolasi limfosit dari darah. Darah

didefibrinasi dengan butiran-butiran gelas, bekuan kemudian disingkirkan.

Selanjutnya darah diencerkan dengan medium biakan jaringan dan dimasukkan

dengan hati-hati ke dalam tabung reaksi di atas larutan ficoll yang sudah mengisi

setengah tabung. Ficoll mempunyai berat jenis lebih besar dibanding dengan

limfosit, tetapi lebih kecil dibanding dengan sel darah merah. Sesudah darah

dengan ficoll disentrifus, sel darah merah dan sel leukosit polimorfonuklear akan

turun membentuk endapan di dasar tabung, sedang limfosit mengendap pada

perbatasan medium dan ficoll. Selanjutnya lapisan limfosit dapat dibersihkan dari

fagosit dengan jalan menambahkan butir – butir besi, fagosit akan memakan butir

besi dan kemudian diturunkan dengan besi berani kelapisan yang lebih bawah.

Cara lain untuk memisahkan fagosit ialah dengan menempatkan campuran

limfosit-fagosit dalam sumur plastik. Fagosit kemudian akan menempel pada

dasar sumur, sedang limfosit tetap berada dalam larutan.

2.3.7.1.1.2 E Rosette

Sel T manusia memiliki reseptor untuk sel darah merah biri-biri. Bila

kedua sel tersebut dicampur, maka akan terbentuk rosette.

44

2.3.7.1.1.3 EA Rosette

Sel T dapat dibedakan dari sel B yang tidak membentuk rosette pada

gradien Ficoll. Cara lain untuk menunjukkan rosette yaitu dengan menggunakan

reseptor lain yang ada pada permukaan sel T, misalnya reseptor untuk Fc dari IgG

(Fc gamma). Sel – sel tersebut dapat diidentifikasi dan diisolasi, karena akan

membentuk rosette dengan sel darah merah yang sudah disensitasi dengan

antieritrosit .

2.3.7.1.1.4 Antibodi monoklonal

Antibodi monoklonal adalah antibodi homogen yang dihasilkan dari single

clone. Antibodi tersebut dapat disintesis di laboratorium dari hibridoma, yaitu sel

yang dihasilkan dengan menyatukan dua sel yang berlainan. Dengan teknik

imunofluoresensi yang menggunakan antibodi monoklonal, jumlah sel B, sel T

dan subset sel T, dapat dibedakan satu dari yang lainnya dan dihitung di bawah

mikroskop fluoresen atau cell sorter.

2.3.7.1.1.5 Flow Cytometry

Flow Cytometry adalah alat yang dapat menghitung serta membedakan sel

satu dari yang lain. Sel diperiksa dalam larutan yang bergerak melewati sinar dan

dihitung berdasarkan sedikit banyaknya sinar yang dihambat atau dipancarkan

kembali.

2.3.7.1.1.6 Fluorescence Activated Cell Sorter (FACS)

FACS adalah alat yang dapat menghitung subpopulasi sel sekaligus dalam

larutan. Sel dilabel dengan 2-3 bahan fluoresen yang berbeda sehingga kadar

bahan pada permukan (sesuai dengan jumlah sel limfosit dan granulosit) secara

simultan dapat diukur/dihitung.

45

2.3.7.1.2 Pemeriksaan fungsi limfosit

Pemeriksaan fungsi limfosit hendaknya hanya dilakukan bila uji kulit in

vivo yang lebih sederhana menunjukkan tanda adanya gangguan imunitas seluler

oleh karena pemeriksaan fungsi in vitro lama, mahal, tidak mudah dan

memerlukan biaya yang tinggi. Pemeriksaan fungsi limfosit in vitro hanya mutlak

pada penderita yang diduga menderita defisiensi imun dan dalam penggunaan

imunomodulator untuk memantau sistem imun.

2.3.7.1.2.1 Produksi sitokin

Sedian komersial telah tersedia untuk memeriksa berbagai jenis sitokin

yang diproduksi sel limfoid dan lebih diutamakan dalam menilai fungsi sel dan

respons sel terhadap berbagai stimulus. Yang banyak digunakan ialah ELISA.

2.3.7.1.2.2 Transformasi limfosit

Tes yang banyak digunakan untuk mengukur fungsi limfosit adalah tes

transformasi limfosit. Bila limfosit bertemu dengan antigen, dalam beberapa hari

saja limfosit kecil yang berada dalam keadaan istirahat atas pengaruh APC akan

berubah menjadi sel blas. Proses tersebut disebut tranformasi.

Hal ini biasanya dilakukan dengan phytohemaglutinin (PHA) sebagai

stimulan. Transformasi dapat juga dilakukan dengan antigen spesifik yang diduga

mensensitasi pasien (misalnya tuberkulin). PHA merangsang sebagian besar sel T,

sedang antigen hanya akan mensensitasi limfosit yang sudah tersensitisasi

terhadap antigen tertentu dan biasanya hanya mengenai sebagian kecil limfosit.

Transformasi derajat rendah (dibandingkan dengan kontrol) menunjukkan adanya

sistem imun seluler yang terganggu, sedang peningkatan transformasi dengan

adanya antigen spesifik dapat terjadi pada keadaan hipersensitivitas tertentu

46

(misalnya alergi obat). Respons proliferatif tersebut dapat diukur dengan

menginkorporasikan timidin radioaktif.

2.3.7.1.2.3 Leucocyte migration inhibition test (LMI)

Leucocyte migration inhibition test atau LMI lebih mudah dikerjakan

dibanding dengan pemeriksaan transformasi sel. Limfosit akan melepaskan

berbagai limfokin bila dicampur dengan antigen yang sudah mensensitasikannya.

Salah satu limfokin yang disebut faktor LMI, akan menghambat gerakan neutrofil

dan derajat hambatannya dapat diukur in vitro sesuai dengan produksi limfokin.

LMI menggunakan leukosit perifer manusia. Pencegahan migrasi disebabkan oleh

limfokin yang diproduksi limfosit yang disensitasi antigen. Nilai tes ini sama

dengan tes transformasi.

2.3.7.1.2.4 Pemeriksaan sitotoksisitas

Aktivitas sitotoksik limfosit dapat diukur dengan membiakkannya bersama

sel sasaran yang sudah dilabel misalnya 51Cr. Bila limfosit membunuh sel

tersebut, kromium akan dilepas. Radioaktif ya