BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Radikal bebas
Radikal bebas adalah atom atau molekul yang mempunyai elektron yang tidak berpasangan pada orbital terluarnya (Clarkson and Thompson, 2000). Kebanyakan radikal bebas bereaksi secara cepat dengan atom lain untuk mengisi orbital yang tidak berpasangan, sehingga radikal bebas normalnya berdiri sendiri hanya dalam periode waktu yang singkat sebelum menyatu dengan atom lain. Simbol untuk radikal bebas adalah sebuah titik yang berada di dekat simbol atom (R·).
9
ROS (Reactive Oxygen Species) adalah senyawa pengoksidasi turunan oksigen yang bersifat sangat reaktif yang terdiri atas kelompok radikal bebas dan kelompok nonradikal. Kelompok radikal bebas antara lain superoxide anion (O2·-), hydroxyl radicals (OH·), dan peroxyl radicals (OOH·). Yang nonradikal misalnya hydrogen peroxide (H2O2), dan organic peroxides (ROOH) ( Cooper et al., 2002).
Radikal bebas diproduksi tubuh secara alami melalui proses metabolik oksidatif di mitokondria untuk menghasilkan energi (Cooper et al., 2002.; Schneider and Oliveira, 2004). Pada keadaan normal, radikal bebas terbentuk sangat perlahan, 5% dari konsumsi oksigen akan membentuk radikal bebas kemudian dinetralisir oleh antioksidan yang ada dalam tubuh.
2.4. Dampak negatif radikal bebas selama aktifitas fisik
Radikal bebas dapat terbentuk selama dan setelah latihan oleh otot yang berkontraksi serta jaringan yang mengalami iskemik-reperfusi (Chevion et al., 2003). Bila laju pembentukan radikal bebas sangat meningkat melebihi 5% karena terpicu oleh aktifitas yang berat dan melelahkan, jumlah radikal bebas akan melebihi kemampuan kapasitas sistem pertahanan antioksidan. Radikal bebas ini dapat menyerang asam lemak tak jenuh ganda pada membran sel sehingga mengakibatkan kerusakan sel-sel otot dan tulang yang aktif bekerja. Kelelahan dan nyeri pada otot yang aktif yang sering menyertai latihan fisik yang berat dan melelahkan, merupakan tanda paling jelas adanya kegiatan radikal bebas (Cooper, 2002).
10
Mekanisme terbentuknya radikal bebas selama latihan fisik maksimal:
1. Kebocoran elektron
Pada latihan fisik terjadi peningkatan konsumsi oksigen sampai 20 kali, bahkan dalam otot dapat mencapai 100 kali. Pada penggunaan oksigen yang berlebih ini, dapat terjadi kebocoran radikal superoksida, akibat lepasnya elektron superoksida dari mitokondria saat terjadinya metabolisme fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan energi yang digunakan selama latihan fisik (Cooper, 2002).
2. Proses iskemia-referfusi
Pada saat latihan fisik maksimal, terjadi hipoksia relatif sementara di jaringan beberapa organ yang tidak aktif seperti ginjal, hati dan usus. Hal ini untuk kompensasi peningkatan pasokan darah ke otot yang aktif dan kulit. Setelah latihan fisik selesai, darah dengan cepat kembali ke berbagai organ yang
kekurangan aliran darah tadi. Proses ini disebut ”reperfusion” dan hal ini dikaitkan dengan terbebaskannya oksidan dalam jumlah besar (Cooper, 2002; Chevion et al., 2003).
Reperfusi dapat berujung pada meningkatnya produksi ROS melalui konversi xanthine dehydrogenase (XD) menjadi xanthine oxidase (XO). Keduanya mengkatalase perubahan hypoxanhine menjadi xanthine dan asam urat. XD berperan pada saat kebutuhan oksigen cukup, sedang XO berperan pada keadaan iskemia. Hanya katalase yang melibatkan XO yang akan menghasilkan radikal superoxida. Produksi ROS melalui mekanisme ini mengakibatkan keadaan stress
11
oksidatif sampai beberapa jam setelah latihan fisik maksimal, dan tidak terbatas pada otot rangka saja (Cooper et al, 2002).
3. Netrofil dan respon inflamasi
PMN akan diaktivasi saat terjadi kerusakan otot atau jaringan lunak, yang disebabkan oleh radikal bebas atau regangan sederhana atau tekanan mekanik. Pada respon akut, PMN akan bergerak menuju tempat cedera karena ditarik oleh kemotaktik faktor yang diproduksi oleh sel yang rusak.
Menurut Slater, 1984 radikal bebas dapat merusak sel melalui beberapa jalur perusakan membran sel :
1. radikal bebas berikatan secara kovalen dengan enzim dan/atau reseptor yang berada di membran sel, sehingga merubah aktivitas komponen-komponen yang terdapat pada membran sel tersebut;
2. radikal bebas berikatan secara kovalen dengan komponen membran sel, sehingga merubah struktur membran dan mengakibatkan perubahan fungsi membran dan/atau mengubah karakter membran menjadi seperti antigen;
3. radikal bebas mengganggu sistem transport membran sel melalui ikatan kovalen, mengoksidasi kelompok thiol, atau dengan merubah asam lemak polyunsaturated;
4. radikal bebas menginisiasi peroksidasi lipid secara langsung terhadap asam lemak polyunsaturated dinding sel. Radikal bebas akan menyebabkan terjadinya peroksidasi lipid membran sel. Peroksida-peroksida lipid akan terbentuk dalam
12
rantai yang makin panjang dan dapat merusak organisasi membran sel. Peroksidasi ini akan mempengaruhi fluiditas membran, cross-linking membran, serta struktur dan fungsi membran.
2.5. Kerusakan jaringan akibat radikal bebas
Mekanisme kerusakan sel atau jaringan akibat serangan radikal bebas yang paling awal diketahui dan terbanyak diteliti adalah peroksidasi lipid.
Peroksidasi lipid paling banyak terjadi di membran sel, terutama asam lemak tidak jenuh yang merupakan komponen penting penyusun membran sel. Pengukuran tingkat peroksidasi lipid diukur dengan mengukur produk akhirnya, yaitu malondialdehid (MDA), yang merupakan produk oksidasi asam lemak tidak jenuh dan yang bersifat toksik terhadap sel. MDA dapat berikatan dengan berbagai molekul biologis seperti protein, asam nukleat, dan amino fosfolipid secara kovalen (Winarsi, 2007).
Produk peroksidasi lipid, yaitu MDA dapat bereaksi dengan Thiobarbituric Acid (TBA) akan membentuk kromogen berwarna merah. Absorbsinya dapat diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV pada panjang gelombang 532 nm, dan dari absorbansi tersebut dapat ditentukan kadar MDA secara kuantitatif dalam sampel tertentu, seperti pada jaringan, dan plasma. Peningkatan kadar MDA menunjukkan secara tidak langsung terjadi peningkatan stres oksidasi (Slater, 1984; Powers and Jackson, 2008).
13
Penelitian yang dilakukan oleh Qiao et al, (2006) terhadap mencit yang diberi latihan renang maksimal sampai kelelahan dijumpai peningkatan MDA otot anggota gerak bawah. Penelitian yang dilakukan oleh Thirumalai et al, (2011) pada tikus yang diberi latihan renang sampai kelelahan dijumpai peningkatan kadar MDA jaringan otot gastroknemius sebanyak 131% dibanding kelompok kontrol.
2.6. Antioksidan
Tubuh manusia mempunyai beberapa mekanisme untuk bertahan terhadap radikal bebas dan ROS lainnya. Pertahanan yang bervariasi saling melengkapi satu dengan yang lain karena bekerja pada oksidan yang berbeda atau dalam bagian seluler yang berbeda (Tuminah, 2000).
Secara umum pengertian antioksidan adalah senyawa yang mampu menangkal atau meredam efek negatif oksidan dalam tubuh, bekerja dengan cara mendonorkan satu elektronnya kepada senyawa yang bersifat oksidan sehingga aktifitas senyawa oksidan tersebut dapat dihambat (Winarsi, 2007).
Antioksidan dikelompokkan menjadi 2, yaitu : 1. Antioksidan enzimatis
2. Antioksidan non enzimatis
2.6.1 Antioksidan Enzimatis
Antioksidan enzimatis merupakan antioksidan endogenus, yang termasuk didalamnya adalah enzim superoksida dismutase (SOD), katalase, glutation peroksidase (GSH-PX), serta glutation reduktase (GSH-R) (Mates dan Jimenez,1999;
14
Tuminah, 2000,). Sebagai antioksidan, enzim-enzim ini bekerja menghambat pembentukan radikal bebas, dengan cara memutuskan reaksi berantai (polimerisasi), kemudian mengubahnya menjadi produk yang lebih stabil, sehingga antioksidan kelompok ini disebut juga chain-breaking-antioxidant (Winarsi, 2007).
Antioksidan enzimatik diaktivasi secara selektif selama latihan fisik berat tergantung pada stres oksidatif jaringan dan kapasitas pertahanan antioksidan. Otot rangka mengalami stres oksidatif lebih besar dibandingkan hati atau jantung karena peningkatan produksi ROS. Oleh karena itu, otot membutuhkan perlindungan antioksidan melawan kerusakan oksidatif yang mungkin terjadi selama dan sesudah latihan fisik (Ji, 1999).
SOD, katalase, dan glutation peroksidase merupakan pertahanan primer melawan pembentukan ROS selama latihan fisik, dan aktivitas enzim – enzim ini diketahui meningkat sebagai respons terhadap latihan fisik baik pada penelitian binatang maupun manusia (Ji, 1999). Enzim katalase dan glutation peroksidase bekerja dengan cara mengubah H2O2 menjadi H2O dan O2 sedangkan SOD bekerja dengan cara mengkatalisis reaksi dismutasi dari radikal anion superoksida menjadi H2O2 (Langseth L, 1995; Winarsi, 2007).
2.6.2. Antioksidan Non-enzimatis
Antioksidan non-enzimatis disebut juga antioksidan eksogenus, antioksidan ini bekerja secara preventif, dimana terbentuknya senyawa oksigen reaktif dihambat dengan cara pengkelatan metal, atau dirusak pembentukannya (Winarsi, 2007).
15
rempah-rempah. Komponen yang bersifat antioksidan dalam sayuran, buah dan rempah-rempah meliputi vitamin C, vitamin E, β-karoten, flavonoid, isoflavon,
flavon, antosianin, katekin dan isokatekin (Kahkonen, et al., 1999). Senyawa-senyawa fitokimia ini membantu melindungi sel dari kerusakan oksidatif
yang disebabkan oleh radikal bebas.