RAHASIA SEL ENDOTEL

RAHASIA DIBALIK SELAPIS SEL ENDOTEL

PERANNYA DALAM PATOGENESIS ATEROSKLEROSIS

Alwi Shahab

Bagian Ilmu Penyakit Dalam

FK Unsri Palembang

Pendahuluan

Sel-sel endotel yang melapisi dinding bagian dalam pembuluh darah, secara strategis berada diantara plasma serta sel2 darah dan otot polos pembuluh darah. Pada individu dengan berat badan 70 kg, kalau saja dapat dibentangkan, maka permukaan endotel secara keseluruhan diperkirakan mencapai luas lebih dari 700 m2 dengan berat sekitar 1 – 1,5 kg. Pada saat ditemukan oleh von Recklinghausen pada awal abad ke 19, endotel hanya dianggap sebagai pemisah fisik antara darah dan dinding pembuluh darah. Namun sejak peraih hadiah Nobel, Furchgott dan Zawadzki pada tahun 1970 menemukan zat-zat vasoreaktif yang dihasilkan oleh sel-sel endotel, maka endotel dikenal sebagai pengatur utama keseimbangan pembuluh darah. Keutuhan endotel sangat penting dalam mempertahankan kelancaran aliran darah, karena endotel melepaskan faktor2 humoral yang dapat mengendalikan relaksasi dan kontraksi, trombogenesis dan fibrinolisis serta aktivasi dan inhibisi platelet. Jadi, endotel berperan penting sebagai organ endokrin dalam mengendalikan tekanan darah, kelancaran aliran darah dan keutuhan pembuluh darah. Keutuhan fungsi sel endotel dapat mengalami gangguan akibat pengaruh berbagai faktor seperti hiperglikemi, hiperkolesterolemi, zat-zat toksik termasuk radikal2 bebas, obat-obatan, infeksi dan proses-proses imunologik. Selanjutnya gangguan fungsi endotel dapat menimbulkan kelainan dan penyakit kardiovaskular seperti aterosklerosis, hipertensi dan payah jantung, sehingga dapat menimbulkan hipoperfusi, oklusi vaskular dan kerusakan organ.

Fungsi sel endotel normal

Sel endotel melapisi bagian dalam lumen dari pembuluh darah diseluruh tubuh dan berperan sebagai penghubung antara sirkulasi darah dan sel-sel otot polos pembuluh darah. Disamping berperan sebagai penyekat fisik antara darah dan jaringan, sel endotel memfasilitasi berbagai fungsi yang kompleks dari sel otot polos pembuluh darah dan sel-sel didalam kompartemen darah.

Gambar 1. Mikroanatomi dari pembuluh darah kapiler.

Berbagai penelitian menunjukkan bahwa sel endotel memegang peran penting dalam proses homeostasis yang terjadi melalui integrasi berbagai mediator kimiawi. Sistem ini mempunyai efek baik terhadap sel-sel otot polos pembuluh darah maupun sel-sel darah sehingga dapat menimbulkan berbagai perubahan antara lain :

1. Vasodilatasi atau vasokonstriksi untuk mengatur kebutuhan suplai darah bagi seluruh organ tubuh manusia.
2. Pertumbuhan dan atau perubahan-perubahan karakteristik penotif dari sel-sel otot polos pembuluh darah.
3. Perubahan-perubahan proinflamasi atau antiinflamasi.
4. Mempertahankan kekentalan darah dan mencegah perdarahan.

Tabel 1. Fungsi sel endotel

Target fungsionil dari sel endotel	Fungsi spesifik
Lumen	Vasokonstriksi	Vasodilatasi
	Endothelin Angiotensin II ET-1 Thromboxane A2 PGH2	NO (Nitrat Oksida) Bradykinin Hyperpolarizing factor
Pertumbuhan	Stimulasi	Inhibisi
	Platelet derived growth factor (PDGF) Fibroblast Growth Factor IGF-1 Endothelin Angiotensin II	NO (Nitrat Oksida) PGI2 TGF
Inflamasi	Proinflamasi	Antiinflamasi
	Adhesion molecules : ELAM, VCAM, ICAM
Hemostasis	Protrombotik	Antitrombotik
	PAI-1 (Plasminogen Activator Inhibitor-1)	Prostacyclin TPA (Tissue Plasminogen Activator)

1. Nitrat oksida : mediator kunci dari sel endotel.

Selama beberapa dekade , telah terbukti bahwa nitrat oksida tidak hanya berperan dalam mengontrol tonus vasomotor melainkan juga berperan dalam homeostasis pembuluh darah dan syaraf serta proses imunologik. Nitrat oksida endogen diproduksi melalui perubahan asam amino L-arginine menjadi L-citrulline oleh enzim NO-synthase (NOS). Saat ini beberapa isoform dari NOS telah berhasil dipurifikasi dan diklon sebagai : NOS-type I (yang diisolasi dari otak= neuronal NOS) dan NOS-type III (yang diisolasi dari sel endotel= endothelial NOS) yang disebut juga constitutive-NOS (cNOS). Kedua isoform ini diatur oleh Ca+²-calmodulin dan NADPH, flavin adenine dinucleotide/mononucleotide (FAD/FMN), serta tetrahydrobiopterin (HB4) sebagai kofaktor. Neuronal-NOS (NOS type I) berperan penting dalam proses transmisi syaraf, kontrol homeostasis pembuluh darah dan dalam proses pembelajaran dan memori.

Didalam sistem syaraf tepi, NOS berhubungan dengan jalur syaraf nonadrenergic noncholinergic (NANC). Endothelial-NOS (NOS type III) berperan penting dalam mengontrol tonus pembuluh darah sebagai respons terhadap berbagai rangsangan, seperti rangsangan mekanik (shear stress), receptor dependent (asetil kholin) dan reseptor independen (calcium ionophore). Nitrat Oksida yang dihasilkan oleh NOS type III didalam endotel akan berdiffusi kedalam otot polos pembuluh darah yang akan mengaktifkan enzim guanylate cyclase. Bersamaan dengan peningkatan cyclic GMP, akan terjadi relaksasi dari otot polos pembuluh darah. Jadi hasil akhir dari peningkatan Nitrat Oksida akan terjadi vasodilatasi.

Gambar 2. Sel endotel sebagai regulator dari sel-sel otot polos pembuluh darah

Sel endotel memproduksi nitrat oksida (NO) yang akan berdiffusi kedalam sel-sel otot polos pembulah darah dan mengaktivasi enzim guanylate cyclase yang memproduksi cyclic GMP. Cyclic GMP akan merangsang relaksasi otot sehingga akan terjadi vasodilatasi. NOS type III juga berperan dalam pencegahan aggregasi platelet yang abnormal. NOS type II dan IV (yang diisolasi dari makrofag) bersifat independen terhadap Ca⁺⁺-calmodulin dan disebut juga "inducible-NOS", karena aktivasinya hanya terjadi pada saat makrofag menimbulkan efek sitotoksik sebagai respons terhadap sitokin (misal dalam keadaan sepsis).

2. Angiotensin II (ANG-II).

Sel endotel juga memproduksi mediator-mediator yang merangsang vasokonstriksi, yaitu endothelin, prostaglandin dan angiotensin II serta mengatur tonus pembuluh darah dengan cara mempertahankan keseimbangan antara vasodilatasi (produksi NO) dan vasokonstriksi (pembentukan angiotensin II), Angiotensin II diproduksi oleh sel endotel pada jaringan lokal. Enzim yang mengatur produksi angiotensin II adalah angiotensin converting enzyme (ACE). Enzim ini bersifat proteolitik, disintesis oleh sel endotel , diekspresikan pada permukaan sel endotel dan mempunyai aktivitas dibawah pengaruh angiotensin I. Angiotensin I diproduksi melalui pemecahan dari suatu makromolekul prekursor (angiotensinogen) dibawah pengaruh renin, suatu enzim proteolitik yang dihasilkan oleh ginjal. Angiotensin II berikatan dan mengatur tonus otot polos pembuluh darah melalui reseptor angiotensin yang spesifik. Tergantung dari reseptor yang diaktivasi, ANG-II dapat memberi efek regulasi terhadap berbagai aktivitas fungsional otot polos pembuluh darah, termasuk kontraksi (vasokonstriksi), pertumbuhan, proliferasi dan differensiasi.

Secara keseluruhan , kerja dari ANG-II berlawanan dengan kerja Nitrat Oksida (NO). Sebagaimana diterangkan sebelumnya, bahwa NO merupakan produk dari enzim NOS sebagai respons terhadap pengaruh aktivator dan inhibitor spesifik. Produksi NOS juga diatur oleh konsentrasi lokal dari bradykinin. Bradykinin merupakan suatu peptida yang bekerja dengan reseptor b2 pada permukaan membran sel endotel untuk meningkatkan produksi NO melalui aktivasi NOS. Konsentrasi lokal dari bradykinin diatur oleh aktivitas ACE, dimana ACE memecah bradykinin menjadi peptida yang inaktif. Kadar ACE yang tinggi akan menghambat aktivitas NO , tidak hanya karena peningkatan produksi ANG-II, tetapi juga karena penurunan konsentrasi bradykinin. Suatu model pengaturan tonus pembuluh darah ( dan regulasi lumen pembuluh darah dimana ACE memegang peranan penting, telah dikemukakan dalam beberapa tahun terakhir (gambar 3) Model ini memprediksi aktivitas ACE yang tinggi akan menyebabkan vasokonstriksi karena menyebabkan penurunan produksi NO dan peningkatan produksi ANG-II. Keadaan ini akan menyebabkan kontraksi sel-sel otot polos pembuluh darah dan pengecilan diameter lumen pembuluh darah. Aktivitas enzim ini akan diikuti dengan peningkatan pertumbuhan , proliferasi dan differensiasi sel otot polos pembuluh darah dan penurunan kerja anti proliferatif dari NO serta penurunan proses fibrinolisis dan peningkatan aggregasi platelet.

Gambar 3. Peranan ACE dalam mengatur fungsi sel endotel

Membran sel endotel mengikat ACE yang bila mengalami overaktif atau over ekspresi, akan memproduksi sejumlah besar ANG-II. ANG-II bekerja langsung pada sel-sel otot polos pembuluh darah dengan cara menempel pada reseptor spesifik yang terdapat di membran sel. Aktivasi ACE juga akan menyebabkan katabolisme bradikinin yang lebih cepat.

4. Sel Endotel sebagai regulator hemostasis.

Sel endotel mempunyai peran penting dalam mempertahankan kekentalan darah dan mengembalikan integritas dinding pembuluh darah bila terjadi cedera untuk mencegah perdarahan. Secara garis besar, sistem yang mempertahankan homeostasis pembuluh darah meliputi :

a. Lumen pembuluh darah (efek vasokonstriktor dan

atau vasodilator)

b. Platelet

c. Koagulasi

d. Fibrinolisis

Sel endotel berperan penting dalam mempertahankan keseimbangan antara sistem koagulasi dan fibrinolitik (gambar 4) Koagulasi terjadi karena terbentuknya trombin yang aktif. Trombin merupakan suatu enzim proteolitik yang akan merubah fibrinogen menjadi fibrin dengan cara melepaskan fibrinopeptida A dan B. Fibrin kemudian akan mengalami polimerisasi dan cross-link membentuk gumpalan fibrin yang stabil (stable clot). Gumpalan fibrin selanjutnya akan mengalami pemecahan akibat kerja enzim proteolitik lain, yaitu plasmin, yang merupakan efektor utama dalam sistem fibrinolitik. Plasmin terbentuk dari plasminogen melalui kerja beberapa aktivator spesifik. Secara fisiologik (dan farmakologik) aktivator penting dalam proses perubahan plasminogen menjadi plasmin adalah tissue plasminogen activator (t-PA). Peptida ini mempunyai peranan penting dalam proses pemecahan gumpalan fibrin dan mempertahankan keutuhan lumen pembuluh darah. Zat ini telah banyak digunakan dalam pengobatan berbagai keadaan dimana terjadi oklusi akut yang mengancam kehidupan seperti infark miokard, stroke dan emboli paru masif. Beberapa aktivator positif dan negatif mengatur aktivitas t-PA. Secara fisiologik regulator utama dari t-PA adalah plasminogen activator inhibitor (PAI). Saat ini terdapat 4 jenis PAI, dimana PAI-1 berperan paling menonjol.

Gambar 4. Koagulasi dan fibrinolisis yang diatur oleh sel-sel endotel.

5. Sel endotel sebagai mediator pertumbuhan sel otot polos pembuluh darah dan proses inflamasi.

Sel endotel juga berperan penting dalam pertumbuhan dan differensiasi sel otot polos pembuluh darah dengan cara melepaskan berbagai promotor atau inhibitor pertumbuhan dan differensiasi, yang memberi pengaruh terhadap terjadinya remodelling pembuluh darah. Sejumlah besar peptida telah diketahui berperan sebagai messenger utama terhadap sinyal-sinyal pertumbuhan seperti insulin-like growth factor 1 (IGF-1), PGF, basic fibroblast growth factor (bFGF), dll. Namun berbagai bukti menunjukkan bahwa rangsangan pertumbuhan otot polos pembuluh darah dimediasi oleh produksi lokal dari PGF dan ANG-II. Sebagai antagonis utama dari kerja ANG-II dalam merangsang pertumbuhan sel otot polos pembuluh darah adalah NO dan prostacyclin (PGI2).

Sel endotel juga terlibat dalam produksi berbagai molekul yang berperan dalam proses inflamasi, yaitu antara lain leukocyte adhesion molecule (LAM), intracellular adhesion molecule (ICAM) dan vascular cell adhesion molecule (VCAM). Molekul-molekul ini disebut sebagai "molekul adhesi" dan berfungsi mengaktifkan sel-sel yang terlibat dalam reaksi inflamasi. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa dalam proses aterosklerosis terjadi peningkatan kadar pertanda-pertanda inflamasi (acute phase proteins) didalam darah.

Disfungsi endotel

Disfungsi endotel adalah suatu keadaan yang ditandai dengan ketidakseimbangan fungsi faktor2 relaksasi dan faktor2 kontraksi yang di produksi oleh endotel. Disfungsi endotel dapat merupakan penyebab atau sebagai akibat penyakit pembuluh darah. Disfungsi endotel mengawali terjadinya perubahan2 struktur pembuluh darah. Hal ini menunjukkan betapa pentingnya peranan endotel yang utuh dalam memproteksi pembuluh darah. Sementara beberapa pembuluh darah rentan untuk mengalami disfungsi endotel dan aterosklerosis, seperti arteri koroner epikardial, arteri2 besar seperti aorta atau arteri iliaca, yang lain seperti arteri mammaria interna dan arteri brachialis, terlindung terhadap disfungsi endotel. Adanya perbedaan ini mungkin berhubungan dengan perubahan selektif akibat pengaruh tekanan nadi atau perubahan fungsi sel endotel itu sendiri pada daerah2 yang berbeda sepanjang jalur pembuluh darah.

Perubahan2 morfologi sel endotel ini akan diikuti dengan perubahan2 fungsi dan penebalan tunica intima, disertai dengan akumulasi sel-sel darah putih, sel-sel otot polos pembuluh darah dan fibroblast serta endapan matrix.

Faktor Risiko Kardiovaskular dan Disfungsi Endotel

Hiperkolesterolemi

Hiperkolesterolemia tanpa disertai perubahan2 pembuluh darah aterosklerotik, dapat menghambat relaksasi otot polos pembuluh darah yang selanjutnya menekan proses aterosklerosis. Low density lipoprotein (LDL) merupakan penentu (determinan) utama terhadap aterosklerosis.

Gambar 5. Disifungsi endotel pada hiperlipidemia dan aterosklerosis. Kotributor utama adalah oxidized low-density lipoprotein (oxLDL), yang melalui aktivasi reseptor2 scavenger, mengganggu aktivitas jalur L-arginin-NO.

L-arginine eksogen dapat memperbaiki gangguan relaksasi pembuluh darah akibat pengaruh oxidized LDL. Komponen aktif dari LDL berupa lysolecithine yang mempunyai efek menyerupai efek LDL. Percobaan in vitro, menunjukkan bahwa didalam arteri koroner babi yang mengalami hiperkolesterolemi terjadi gangguan relaksasi pembuluh darah akibat pengaruh serotonin dan mengakibatkan aggregasi platelet dan thrombin. Disfungsi endotel dapat terjadi lebih luas pada stadium lanjut aterosklerosis. Percobaan pada aorta kelinci yang mengalami hiperkolesterolemi menunjukkan bahwa produksi NO secara keseluruhan tidak mengalami penurunan, namun mengalami inaktivasi akibat pengaruh radikal superoksida yang terbentuk didalam endotel.

Temuan yang sama juga terjadi pada kelinci yang mengalami aterosklerosis berat. Dalam keadaan hiperkolesterolemia dan aterosklerosis, secara biologis Nitrat Oksida yang aktif mengalami penurunan, sebaliknya endothelin mengalami aktivasi. Pada keadaan hiperlipidemi dan aterosklerosis, produksi endotelin oleh sel2 endotel mengalami peningkatan, sementara ekspresi reseptor2 endothelin mengalami down regulasi. Pemicu terjadinya peningkatan produksi endothelin adalah LDL yang meningkatkan ekspresi gen endothelin . Sel-sel otot polos pembuluh darah, yang mengalami migrasi kedalam tunica intima selama proses aterosklerotik, juga memproduksi endothelin. Didalam biakan sel2 otot polos pembuluh darah, endothelin dapat dilepaskan oleh faktor2 pertumbuhan seperti platelet derived growth factor (PDGF) dan transforming growth factor b1 (TGF-b1) atau oleh vasokonstriktor seperti arginine vasopressin. Disamping itu, berbagai mediator yang terlibat dalam proses aterosklerosis juga merangsang produksi endothelin. Hal ini dapat menerangkan mengapa kadar endothelin plasma meningkat dan berkorelasi positif dengan terbentuknya lesi aterosklerotik.

Hipertensi

Disfungsi endotel yang terjadi pada hipertensi dapat menyebabkan peningkatan tahanan perifer didalam arteri2 kecil atau menimbulkan penyulit pada arteri2 sedang dan besar. Pada kebanyakan model hipertensi, tekanan darah yang tinggi disertai oleh hambatan relaksasi otot polos pembuluh darah. Disfungsi endotel lebih mencolok pada beberapa pembuluh darah dan terjadi apabila tekanan darah meningkat. Jadi disfungsi endotel lebih merupakan akibat daripada sebagai penyebab hipertensi. Pada pasien2 hipertensi, asetilkholin menyebabkan vasokonstriksi paradoks dari arteri koroner epikardial. Mekanisme disfungsi endotel berbeda-beda pada berbagai model hipertensi. Pada hipertensi spontan dari model tikus yang mengalami hipertensi genetik, aktifitas enzim NO synthase mengalami peningkatan diduga disebabkan karena meningkatnya inaktivasi NO oleh anion2 superoksida. Disamping itu, endotel dari tikus yang mengalami hipertensi spontan memproduksi sejumlah prostaglandin H2, yang akan mempengaruhi efek NO pada otot polos pembuluh darah dan platelet.

Gambar 6. Fungsi endotel dan hipertensi.

Sebaliknya, salt-induced hypertension disertai dengan gangguan bermakna dari aktifitas endothelial NO synthase. Kadar endothelin plasma masih dalam batas normal pada kebanyakan pasien dengan hipertensi kecuali bila ada kegagalan ginjal atau atherosclerosis. Meningkatnya produksi endothelin lokal dapat saja terjadi karena kebanyakan peptida ini dilepaskan secara abluminal, namun peningkatan kadar endothelin plasma tidak sepenuhnya merefleksi kadar endothelin lokal. Produksi endothelin pembuluh darah mengalami penurunan pada tikus yang mengalami hipertensi secara spontan, namun mengalami peningkatan pada tikus Wistar-Kyoto yang mengalami hipertensi akibat diinduksi oleh angiotensin II. Pada model terakhir, aktifitas fungsional ECE juga mengalami peningkatan.

Proses menua :

Proses menua merupakan proses fisiologik yang disertai dengan peningkatan morbiditas dan mortalitas kardiovaskular, bahkan walaupun tanpa faktor2 risiko kardiovaskular yang jelas. Hal ini diduga berhubungan dengan perubahan2 selular sebagai respons terhadap peningkatan stres oksidatif atau faktor2 lain seperti gangguan pelepasan mediator2 vasoaktif. Dalam berbagai studi, relaksasi otot polos pembuluh darah mengalami penurunan sesuai dengan bertambahnya usia. Pada manusia, peningkatan aliran darah koroner yang diinduksi melalui infus asetilkholin berkurang dengan bertambahnya usia. Studi2 terbaru menunjukkan bahwa penurunan relaksasi endotel diduga berhubungan dengan penurunan pelebasan NO dan ekspresi gen endothelial NO synthase.

Walaupun kadar endothelin plasma meningkat dengan pertambahan umur, namun respons terhadap endothelin mengalami penurunan, diduga karena terjadinya down regulasi dari reseptor2 pada beberapa pembuluh darah. Proses menua juga mempengaruhi aktivitas fungsional ECE, yang dapat meningkat pada beberapa arteri.

Diabetes Melitus :

Peningkatan kadar glukosa darah pada pasien2 DM dapat menyebabkan disfungsi endotel. Mekanisme yang mendasarinya antara lain meningkatnya sintesis endothelin dan atau gangguan jalur L-arginine-NO. Studi terakhir menunjukkan bahwa in vitro peningkatan kadar glukosa darah akan meningkatkan ekspresi NO synthase dan produksi anion superoksida. Gangguan fungsi vaskular akibat peningkatan kadar glukosa in vivo diduga dimediasi oleh vascular endothelial growth factor (VEGF) melalui jalur NO synthase.

Defisiensi estrogen :

Estrogen merupakan modulator fungsi vaskular yang penting. Terapi suli hormonal akan disertai penurunan risiko morbiditas dan mortalitas kardiovaskular pada wanita2 post menopause. In vitro dan in vivo, estrogen memodulasi aktifitas NO synthase dan pembentukan Nitrat Oksida. Defisiensi estrogen dapat disertai dengan disfungsi endotel dan peningkatan kadar endothelin didalam sirkulasi darah. In vitro dan in vivo endothelin dapat dihambat oleh estrogen.

Merokok

Merokok akan mempengaruhi aktifitas NO secara langsung maupun tidak langsung. Asap rokok akan menurunkan produksi NO melalui penurunan kadar BH4. Menurunnya bioavailibilitas BH4 akan menyebabkan uncoupling dari eNOS. Keadaan ini menyebabkan peningkatan pembentukan radikal bebas peroksinitrit yang selanjutnya akan menekan aktifitas eNOS. Disamping itu, merokok merupakan salah satu faktor risiko untuk terjadinya aterosklerosis, karena dapat meningkatkan kadar trigliserida dan LDL dan menurunkan kadar HDL. Asap rokok juga akan menginduksi aktivasi platelet dan ekspresi molekul-molekul adhesi sehingga akan meningkatkan risiko terjadinya trombosis. Merokok juga dapat meningkatkan kadar homosistein, yang mempunyai efek toksik langsung terhadap endotel pembuluh darah.

Simpulan

Keutuhan endotel sangat penting dalam mempertahankan kelancaran aliran darah, karena endotel melepaskan faktor2 humoral yang dapat mengendalikan relaksasi dan kontraksi, trombogenesis dan fibrinolisis serta aktivasi dan inhibisi platelet. Jadi, endotel berperan penting dalam mengendalikan tekanan darah, kelancaran aliran darah dan keutuhan pembuluh darah. Gangguan fungsi endotel dapat menimbulkan gangguan kardiovaskular seperti aterosklerosis, hipertensi dan payah jantung sehingga dapat menimbulkan hipoperfusi, sumbatan pembuluh darah dan kerusakan organ.

Daftar Pustaka

1. Luscher TF, Barton M. Biology of the Endothelium. Clin Cardiol 1997;20 (S):3-10.
2. Hermann J, Lerman A. The endothelium: Dysfunction and beyond J.Nucl Cardiol 2001;8:197-206
3. Kitamoto S,Egashira K. Endothelial Dysfunction and Coronary Atherosclerosis.Current Drug Targets-Cardiovasc & Haematological Disorders,2004,Vol 4,No.1,13-22.
4. Escandon JC, Cipolla M. Diabetes and Endothelial Dysfunction: A Clinical Perspective, Endocrine Reviews,2001; 22: 36–52.