BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. SEPSIS
2.1.1 Epidemiologi
Angus dkk pada tahun 2001 melakukan studi pertama epidemiologi terhadap sepsis, dengan tingkat kejadian sepsis sebanyak 751.000 kasus (3,0 per 1.000 penduduk dan 2,26 per 100 pasien rumah sakit). Dimana lebih dari setengah pasien yang menerima perawatan di ICU dan insiden sepsis pada orang dewasa meningkat secara substansial terhadap usia(mulai dari 5,3/1.000 untuk usia 60 - 64 tahun menjadi 26,2/1.000 untuk usia≥85tahun).11
Gambar 1.
Perbandingan insiden dan mortalitas sepsis berat dengan penyakit lain. (Dikutip dari Angus DC dkk, Crit Care Med. 2001)11
2.1.2. Definisi
Definisi sepsis yang diambil dari konfrensi Internasional tentang Definisi Sepsis tahun 2001 (tabel 1).12
Infection Sebuah proses patologis yang disebabkan invasi terhadap jaringan steril atau cairan oleh mikroorganisme patogen atau yang berpotensi patogen.
Sepsis Kejadian infeksi yang terlihat atau sangat dicurigai,dengan respon inflamasi sistemik, yang telah ditunjukkan oleh adanya beberapa tanda infeksi.
Severe sepsis Sepsis yang diperberat dengan keberadaan disfungsi organ
Septic shock Sepsis berat dengan komplikasi kegagalan sirkulasi akut yang ditandai dengan hipotensi arteri secara terus-menerus,meskipun volum resusitasi cukup,dan sebab lainnya yang tidak dapat dijelaskan
(Diambil dari Jonathan M. Siner, MD.Sepsis: Definitions, Epidemiology, Etiology and Pathogenesis PCCSU 2009) 12
Di bawah ini akan dipaparkan defenisi penyakit yang berkaitan dengan sepsis menurut jurnal dari Lancet tahun 2005 (tabel 2).13
Tabel 2. Defenisi Penyakit ( dikutip dari Annane dkk. The Lancet 2005)13 Systemic
inflammatory response syndrome
Dua atau lebih :
• Suhu tubuh > 38.5°C atau < 36.0°C • Laju nadi > 90 kali per menit
• Laju nafas > 20 kali per menit atau PaCO2 < 32
mmHg atau membutuhkan ventilasi mekanik
• Jumlah sel darah putih > 12000/mm3
atau 4000/mm3 atau bentuk immature> 10%
Sepsis Systemic inflammatory response syndrome dan ada infeksi (kultur atau gram stain of blood, sputum, urin atau cairan tubuh yang normalnya steril positif terhadap mikroorganisme patogen ; atau fokus infeksi diidentifikasi dengan penglihatan spt: ruptured bowel dengan free air atau bowel contents didapati pada abdomen saat pembedahan, luka dengan purulent discharge)
Severe sepsis Sepsis dengan minimal satu tanda dari hipoperfusi atau disfungsi organ :
• Areas of mottled skin
• Capillary refilling time ≥ 3detik
• Urin output< 0.5mL/kg dalam 1 jam atau renal replacement therapy
• Perubahan kesadaran tiba-tiba atau electroencephalogram tidak normal
• Jumlah trombosit < 100000/mL atau disseminated intravascular coagulation
• Acute lung injury - acute respiratory distress syndrome
• Cardiac disfunction ( echocardiography ) Septic shock Severe sepsis dan salah satu :
• Systemic mean blood pressure < 60mmHg (< 80mmHg jika ada hipertensi sebelumnya) setelah pemberian 20-30 mL/kg starch atau 40-60 mL/kg kristaloid, atau pulmonary capillary wedge pressure antara 12 dan 20 mmHg
• Butuh dopamin > 5µg/kg per menit atau norepinephrine atau epinephrine < 0.25µg/kg per menit untuk mempertahankan meanblood pressure diatas 60 mmHg ( 80 mmHg jika ada hipertensi sebelumnya )
Refractory septic shock
Butuh dopamin > 15µg/kg per menit atau norepinephrine atau epinephrine > 0.25µg/kg permenit untuk mempertahankan mean blood pressure diatas 60 mmHg ( 80 mmHg jika ada hipertensi sebelumnya )
2.1.3. Patofisiologi SIRS dan SEPSIS
Systemic inflammatory respon syndrome (SIRS), apapun penyebabnya memiliki patofisiologi yang sama. Sindrom yang timbul pada SIRS merupakan pertahanan hidup.
Inflamasi merupakan respon tubuh terhadap penyebab non-spesifik, sedangkan kaskade inflamasi adalah proses kompleks yang melibatkan sistem imunologi seluler dan humoral, komplemen, dan kaskade sitokin.
Bone meringkaskan interaksi komplek ini menjadi 3 tahap proses :
• Tahap I : setelah terjadi cedera jaringan, sitokin lokal diproduksi yang bertujuan untuk merangsang respon inflamasi sehingga mulai terjadi perbaikan luka dan pengaktifan sistem endotelial retikular.
• Tahap II : sejumlah kecil sitokin lokal dilepaskan ke dalam sirkulasi untuk memperbaiki respon lokal. Hal ini akan mengakibatkan rangsangan terhadap Growth factor dan makrofag serta trombosit. Fase akut ini biasanya dapat terkendali dengan berkurangnya mediator proinflamasi dengan pelepasan antagonis endogen. Tujuannya adalah homeostatis.
• Tahap III : jika homeostatis tidak tercapai, reaksi sistemik yang cukup signifikan akan terjadi. Sitokin yang dilepas akan bersifat merusak dari pada melindungi (proteksi). Konsekuensinya adalah pengaktifan sejumlah kaskade humoral dan pengaktifan sistem endotelial retikular, selanjutnya akan terjadi kehilangan integritas sirkulasi. Hal ini akan mengakibatkan disfungsi organ.14
Gbr 2. Respon inflamasi yang dinamik pada sepsis.
Pada awal mula sepsis, proses pro-inflamasi mendominasi mencetuskan keadaaan sindrom respon inflamasi sistemik. Diikuti dalam beberapa jam proses kompensasi sindrom antiinflamasi ( compensatory anti-inflammatory response syndrome (CARS), yang ditandai dengan penurunan respon sel imun tubuh. Berlanjut dalam jam-jam atau hari-hari berikutnya pasien dapat mencapai suatu homeostasis imunologis. Pada beberapa pasien, terjadi proses perubahan fenotip antiinflamasi yang berkepanjangan. Hal ini dikenal dengan istilah imunoparalisis.15
Sistem imunitas adaptif melibatkan limfosit. Proses sistem imunitas adaptif ini terutama limfosit bergantung pada sel imun bawaan dalam hal presentasi dan pemprosesan antigen. Sel Limfosit B matur akan mensekresi sel plasma. Sel limfosit T sitotoksik (CD8) berperan dalam penghancuran sel secara langsung. Sel limfosit T helper (CD4) lebih berperan dengan memproduksi sitokin dalam proses perkembangan dan memori imunologis setelah paparan pertama terhadap antigen. Pada keadaan sepsis, sistem imun adaptif penting dalam modulasi fase subakut, berlangsung beberapa hari setelah awal terjadinya sepsis.15
Gambar 3.Respon inflamasi terhadap pengaktifan sel imun (dikutip dari Russel JA 16)
Patogenesis sepsis adalah kompleks, (Annane dkk. 2005). Utamanya, sepsis adalah hasil dari interaksi antara mikroorganisme dan/atau produk mereka dan respon tuan rumah akibat dikeluarkan sitokin dan mediator lainnya. Komponen terpenting dari respon tuan rumah adalah berkembangnya mekanisme alami awal untuk memproteksi organisme dari kerusakan. Akan tetapi pada sepsis, respon imun itu sendiri yang menimbulkan respon kaskade sekunder dimana mencetuskan disfungsi organ bahkan kematian, selain eradikasi dari invasi mikroorganisme. Konsep awal dari sepsis adalah respon proinflamasi tak terkontrol juga gabungan dari disregulasi dari anti-inflamasi, koagulasi dan jalur penyembuhan luka (Annane dkk. 2005)13
2.1.4 PROSES IMUNOLOGI PADA SEPSIS 2.1.4.1 Peran neutrofil pada sepsis
Meningkatnya bukti menunjukkan bahwa sepsis merusak fungsi kekebalan tubuh dengan menginduksi penurunan sel imunitas bawaan. Secara khusus, selama sepsis berat terdapat adanya penurunan dalam perekrutan neutrofil, kegagalan migrasi ke tempat infeksi, selain itu adanya akumulasi neutrofil kedalam sel-sel dalam organ (paru-paru, hati, ginjal, dan jantung).17
Pada tahun 1920 telah dilakukan studi yang menyatakan bahwa pada infeksi bakteri pada saluran pernafasan bagian bawah terjadi peningkatan neutrofil imatur pada sirkulasi akibat pelepasan neutrofil secara masif dari sum-sum tulang. (bergeser ke kiri).18
Peranan dari Interleukin-12 dengan adanya stimulasi dari interferon gamma akan meningkatkan fungsi neutrofil dalam hal aktifitas mikrobisidal, fagositosis bakteri dan produksi nitric oxide (NO). Migrasi neutrofil memberikan kontribusi terhadap patogenesis sepsis dan dengan demikian menentukan tingkat kematian. Ulasan ini akan
menyoroti beberapa konsep baru dalam mekanisme di balik penurunan migrasi neutrofil pada sepsis.
Gambar 5. Proses aktifasi neutrofil dalam infeksi bakteri
2.1.4.2 Proses kerja neutrofil pada infeksi bakteri
Dalam keadaan yang normal, jumlah neutrofil yang beredar didalam darah normal. Invasi bakteri kedalam sirkulasi mencetuskan keadaan sepsis, merangsang terjadinya mobilisasi dan migrasi yang cepat sel imun( neutrofil) dari sumsum tulang kedalam sirkulasi. Proses migrasi selanjutnya dari intravaskular ke ekstravaskular dominan terjadi di venula post kapiler. Proses interaksi neutrofil dengan sel endotel pembuluh darah kapiler dimediasi oleh selectin. L-selectin dihasilkan didalam neutrofil merupakan mediator utama dalam proses migrasi neutrofil disamping E-selectin & P selectin yag diproduksi oleh endotel. Pelepasan TNF Alfa oleh sel makrofag di jaringan merangsang aktivasi selectin.Proses migrasi neutrofil ini ditingkat juga dengan Nitric Oxyde (NO) (radikal bebas) yang merupakan modulator migrasi neutrofil.
Neutrofilia merupakan fenomena yang terjadi pada inflamasi sistemik, khususnya pada infeksi bakteri, dimana disebabkan adanya demarjinasi neutrofil, penundaan apoptosis pada neutrofil, dan stimulasi stem-cell oleh faktor pertumbuhan (growth factors(G-CSF).17
Menurut John C. Marshall, neutrofil merupakan populasi yang dinamis dengan adanya proses maturasi dan apoptosis. Proses apoptosis berlangsung 6-8 jam( in vivo) atau 24-36 jam (invitro). Sebanyak 1011 sel PMN dihasilkan dan mati setiap hari.19
Taneja dkk. melihat adanya proses apoptosis sel leukosit PMN (neutrofil) tertunda pada pasien sepsis.21 Pada studi multisenter prospektif yang dilakukan Fialkow dkk.pada 57 pasien sepsis dengan (ARDS dan syok sepsis) dan tanpa komplikasi, didapatkan adanya proses apoptosis neutrofil yang lebih tinggi pada pasien tanpa komplikasi. Dan dapat dijadikan marker tingkat keparahan sepsis. Apoptosis neutrofil menjadi terhambat oleh karena adanya mediator inflamasi (TNF alfa) dan endotoksin yang dihasilkan.22
2.1.5 Disfungsi imunologi pada sepsis
2.1.5.1Disfungsi proses migrasi neutrofil menuju fokus infeksi
Neutrofil diketahui memiliki peranan penting dalam respon inflamasi dengan fungsi dalam mekanisme imunitas melawan infeksi.22 Defisiensi fungsi neutrofil telah diteliti dan dihubungkan jelas dengan meningkatnya frekuensi dan keparahan infeksi bakteri. Pasien dengan jumlah neutrofil yang rendah dihubungkan dengan resiko infeksi bakteri nosokomial & infeksi jamur.
Inflamasi sistemik ditandai dengan adanya peningkatan konsentrasi sitokin dan sekuestrasi neutrofil di paru-paru. Besarnya tingkat supresi daya kemotaksis neutrofil (gangguan dalam daya migrasi neutrofil) pada pasien sepsis dihubungkan dengan tingkat keparahan penyakit.Kegagalan migrasi neutrofil bukan disebabkan oleh karena kurangnya mediator kemotaksis pada daerah infeksi, karena konsentrasi mediator kemotaksis itu sendiri banyak didaerah infeksi tersebut.
Menggunakan analisis mikroskopik, kegagalan migrasi neutrofil bukan hanya dengan adanya penurunan daya kemotaksis neutrofil, namun juga penurunan daya gulung dan adhesi neutrofil pada endotel. Produksi sitokin dalam sirkulasi berlebihan, peningkatan sekresi APP (Acute phase protein), Peningkatan aktifitas iNOS(intrinsic nitric oxide syntase) dan aktifasi TLR (toll like receptor) dihubungkan dengan fenomena kegagalan migrasi neutrofil.17,23,24 Fenomena kegagalan ini lebih lanjut dikenal dengan istilah “paralisis neutrofil” pada kondisi sepsis.17
Gambar 6 Kaskade proses disfungsi imunologi pada sepsis.
2.1.5.2 Limfositopenia pada sepsis
Sepsis yang berawal dari proses SIRS diseimbangkan dengan mekanisme kontra-inflamasi, yang mencegah cedera organ karena peradangan sistemik berlebihan.25 Namun, respon antiinflamatori dapat menyebabkan penekanan dari respon imun, menyebabkan infeksi sekunder 25,26. Meskipun komplemen dan antibodi memainkan peran penting dalam respon sepsis, sel imunitas bawaan dan adaptif mungkin yang paling ditekan fungsi imun selama sepsis.
Efek imunosupresif dari sepsis pada sel imun bawaan terdiri berkurang fagositosis,penurunan produksi sitokin pro – inflamasi dan antigen presentasi oleh monosit - makrofag , penurunan adhesi , migrasi dan ledakan oksidatif neutrofil , serta mengurangi jumlah beredarnya sel Natural killer ( NK ). Penurunan sirkulasi CD4 limfosit T dan perubahan CD4 limfosit T ke fenotipe Th2 menjadi sebuah ciri dari efek sepsis – terhadap penekanan sel imunitas adaptif .
Sepsis juga dapat menimbulkan deplesi yang besar pada limfosit B juga pada CD4 limfosit T dalam organ limfoid sekunder , sehingga menyebabkan penurunan kemampuan untuk melawan infeksi. 27 Hubungan antara kondisi klinis yang mengalami
komplikasi atau prognosis yang buruk pada pasien sepsis dengan penurunan konsentrasi CD4 T - limfosit dan limfosit T yang telah diaktifkan di darah perifer pada sebagian besar pasien trauma atau pasien paska pembedahan dengan sepsis sekunder.28
Pada studi yang dilakukan Holub dkk.tentang penurunan limfosit pada sepsis ditemukan bahwa adanya penurunan yang signifikan dari nilai normal sel limfosit CD4 , CD8 dan jumlah total limfosit T diamati pada pasien sepsis, namun penurunan yang berlangsung lama hanya pada sel CD4 limfosit T ( 3 hari) dan sel Natural killer ( NK) (7 hari).
Pada sepsis oleh bakteri gram positif (terutama disebabkan oleh Streptococcus pneumoniae dan Staphylococcus aureus), penurunan berlangsung lama pada sel CD4 , CD8 dan jumlah limfosit T , dan Sel NK , yakni berlangsung selama 14 hari . Sebaliknya , pasien dengan sepsis karena gram negatif oleh patogen ( Neisseria meningitides, enterobacteriaceae ,) mencapai perbaikan penuh dalam waktu 3 hari . Selain itu, pasien dengan sepsis gram negatif menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam limfosit B dan peningkatan jumlah CD3+ dan CD4+ limfosit T, yang lebih cepat dibandingkan pada pasien dengan sepsis gram positif.
Mekanisme penyebab penurunan limfosit dikarenakan oleh apoptosis limfosit. Apoptosis limfosit dicetuskan sebagai akibat respon stress dari invasi bakteri (pengeluran interferon gamma dari sel natural killer dan pelepasan steroid endogen). Peningkatan sel CD4 Limfosit T lebih cepat pada gram negatif, dikarenakan adanya mekanisme AICD (activation induced cell death) pada sepsis gram positif.25
Penurunan hitung jenis absolut baik sepsis dan sakit kritis. Ada 2 faktor yang mempengaruhi yakni perekrutan limfosit dari sirkulasi sistemik menuju jaringan perifer dan proses apoptosis. Proses apoptosis terjadi diakibatkan oleh adanya reseptor kematian dan jalur melalui mitokondrial.29
Hotchkiss dkk.pada tahun 2001, melaporkan bahwa adanya penurunan sel limfosit B & T di limpa dan sirkulasi sistemik pada pasien dewasa dengan sepsis dibandingkan dengan pasien sakit kritis dengan tanpa sepsis dan trauma.30 Adanya penurunan limfosit dikaitkan dengan proses apoptosis.31 Penelitian lainnya pada 52 pasien dewasa dengan syok sepsis, didapatkan bahwa proses apoptosis yang lebih besar pada kelompok syok sepsis dibandingkan grup control pada hari pertama sakit. Pada
kelompok yang sembuh, terjadi peningkatan limfosit pada hari ke-6, dimana pada kelompok yang tidak sembuh, terjadi limfopenia berkepanjangan.32 Hal serupa tampak pada pasien anak-anak dengan kegagalan multiorgan. Limfopenia berkepanjangan (limfosit < 1000/mm3 selama 7 hari dihubungkan dengan resiko infeksi sekunder dan resiko kematian.33
Pasien sakit kritis non sepsis memiliki tendensi untuk cepatnya perbaikan jumlah limfosit absolut menuju normal, dimana pada sepsis dengan tendensi persisten penurunan hitung limfosit absolut Terlebih lagi, pada pasien dengan sepsis, tingkat apoptosis dihubungkan sebagai penanda progresifitas penyakit.Pasien dengan sepsis memiliki deplesi limfosit yang besar terutama pada limpa dan nodus limfatik.
Le Tulzo dkk dengan studinya yang meneliti limfosit yang bersirkulasi pada pasien sepsis dengan metode annexin V. Dilaporkan bahwa pada kondisi syok sepsis terdapat peningkatan proses apoptosis limfosit sebesar 10.6 ± 0.1 % dibandingkan dengan pasien sepsis tanpa syok , 9.4 ± 0.1 % dan 5.1 ± 0.2 % pada pasien sakit kritis tanpa sepsis.29,32
2.2 BIOMARKER INFEKSI BAKTERI
2.2.1 Peran Procalcitonin sebagai biomarker infeksi bakteri 2.2.1.1 Biosintesis Procalcitonin
PCT pertama kali diidentifikasi dari sel medullary tiroid carcinoma.PCT adalah protein yang terdiri dari 116 asam amino (AA) dengan BM ± 13 kDa, yang dikode dengan gen Calc-I yang terletak pada kromosom 11 dan diproduksi pada sel C kelenjar tiroid sebagai prohormon dari calcitonin. 34,35
Procalcitonin
Procalcitonin adalah prohormon calcitonin, berupa peptida yang terdiri atas 116 asam amino (Gambar 2.1.1) yang dilepaskan oleh sel C tiroid dalam keadaan normal dan konsentrasinya sangat rendah (<0,05 ng/ml), dengan alat yang paling sensitif didapatkan nilai: 0,033± 0,003). 34,35
Gambar 7. Struktur Procalcitonin
2.2.1.2 Patofisiologi procalcitonin
Pada infeksi mikroba akan terjadi peningkatan ekspresi gen CALC-I yang menyebabkan lepasnya PCT dari seluruh sel parenkim dan sel-sel yang terdiferensiasi di hati maupun sel-sel mononuklear.36
Pelepasan mediator inflamasi PCT dapat diinduksi melalui 2 proses, antara lain: 1. Terlepasnya toksin yang ada di dalam mikroba (endotoksin)
2. Respon immunitas selluler yang diperantarai oleh sitokin pro inflamasi seperti: Interleukin 1b, Interleukin 6 dan TNF-alpha.
Gambar 8. Mekanisme sekresi Procalcitonin
Pada sepsis yang ditimbulkan oleh bakteri (endotoksin) dan proinflamatori, akan menginduksi CT mRNA, yang merangsang pembentukan Procalcitonin. CTmRNA dihambat oleh gamma interferon yang dihasilkan oleh virus.
. PCT merupakan molekul yang dianggap sebagai bentuk primitif dari pertahanan bakteri yang bekerja sebelum sistem immun yang lebih efektif bekerja. Akan tetapi, perlu juga diketahui bahwa keadaan seperti trauma, pembedahan, syok kardiogenik, luka bakar, sindroma distress pernapasan, infeksi, nekrosis setelah pankreatitis akut dan reaksi penolakan jaringan pada transplantasi dapat meningkatkan kadar PCT. Rendahnya kadar PCT tidak selalu meniadakan infeksi bakteri. Keadaan false negative ini dapat disebabkan oleh, antara lain: tahap awal infeksi, infeksi terlokalisir, endokarditis infeksi subakut, infeksi oleh kuman atipikal (terutama kuman intraselluler).
PCT sintesis terdeteksi dalam serum dalam waktu 2-4 jam, dan puncaknya pada 12-48 jam, dimana serum CRP terdeteksi lebih lama 12-24 jam dengan puncak 48 jam.
37-40
Kadar akan meningkat setelah 2-3 jam induksi dari endotoksin. Kadarnya kemudian terus naik secara cepat hingga menjadi ratusan nanogram per ml pada sepsis berat dan syok sepsis, mencapai plateau pada 6 – 12 jam. PCT akan terus meningkat dan menetap dalam 48 jam lalu turun ke nilai normal dalam 2 hari jika pengobatan berhasil dan ini menunjukkan prognosis yang baik. Jika kadar PCT terus meningkat dan tidak turun menunjukkan kegagalan terapi. Waktu paruh dari PCT sekitar 20 – 24 jam.Namun dipengaruhi oleh fungsi ginjal.Pada gangguan ginjal waktu paruh dapat memanjang hingga 35 jam.41
Peningkatan kadar PCT pada infeksi bakteri lebih tinggi dibanding infeksi parasit (cth: Plasmodium sp), beberapa jenis jamur meskipun mikroorganisme ini juga merangsang makrofag untuk menghasilkan sitokin proinflamasi. Berbagai studi telah menyimpulkan bahwa PCT jarang sekali meningkat pada keadaan murni infeksi virus. Keadaan ini diakibatkan oleh rangsangan virus terhadap makrofag akan menghasilkan interferon gamma (IFN-gamma) yang kemudian akan menghambat sintesa tumor
necrosis factor alpha (TNF-alpha). TNF-alpha merupakan salah satu mediator inflamasi yang merangsang pelepasan PCT.
Sebelum memilih alat uji perlu diperhitungkan kondisi klinis yang dihadapi seperti :
a. Fokus infeksi
Infeksi saluran nafas, meningitis, infeksi intra abdomen, pankreatitis, dll.Setiap fokus infeksi memiliki perbedaan nilai PCT yang diharapkan. Infeksi yang sifatnya terlokalisir umumnya juga menghasilkan nilai PCT yang lebih rendah.
b. Immunosupresi
Infeksi bakteri pada penderita HIV akan meningkatkan kadar PCT, namun nilainya tidak akan meningkat tajam dibanding pasien dengan HIV negatif. Penggunaan steroid tampaknya tidak mempengaruhi PCT. Namun mempengaruhi penekanan sum-sum tulang dalam menghasilkan sel leukosit dalam melawan infeksi.
c. Usia
Pada periode neonatus kadar PCT akan sangat tinggi. Pada anak-anak batasan kadar PCT belum jelas.
2.2.1.3 Peran PCT dalam Diagnostik
Dalam hal diagnostik, peran PCT sudah sangat jelas. Studi yang membandingkan PCT dengan CRP dalam membedakan proses infeksi dan inflamasi menunjukkan keunggulan PCT dengan sensitivitas (85% Vs 78%) dan spesifisitas (83% Vs 60%). PCT juga lebih sensitif dalam membedakan infeksi bakteri dengan infeksi virus. Simon dkk, dalam studinya secara tegas menyimpulkan bahwa dengan nilai cut off PCT < 0,25 ng/ml maka PK berat sudah dapat disingkirkan.42
Sejak Pasteur dan Sternberg berhasil mengkultur pneumococcus dari darah pada tahun 1881 dan Christian Gram berhasil mewarnainya 5 tahun kemudian, dalam diagnosis pneumonia juga dibutuhkan pembuktian kuman sehingga pengobatan dapat berdasarkan kuman penyebab. Hingga saat ini, meskipun fasilitas identifikasi kuman yang sudah maju, sebanyak 70 % pasien yang terdiagnosis pneumonia komunitas dari radiologik tidak dijumpai kuman penyebab. Keadaan ini selanjutnya akan mempersulit
keputusan klinisi untuk memulai antibiotik. Dalam keadaan ini studi oleh Christ Crain dkk memberi batasan kadar PCT ≥ 0,25 ng/ml mengindikasikan penyebab bakteri dan dapat dimulai pemberian antimikroba.43,44
Delevaux dkk.mendapatkan nilai PCT >1,2 ng/ml menjadi prediktor lebih baik infeksi bakteri dan memulai infeksi bakteri.45 Chirouze dkk.menemukan bahwa pemeriksaan PCT < 0.4 ng/ml pada awal masuk dapat mengeksklusikan adanya bakteremia dari kultur darah dengan nilai prediktif negatif 98.8 %.46
Nakamura dkk. mendapatkan nilai cut-off serum procalcitonin > 0,83 dengan nilai prediktif positif yang tinggi terhadap bakteremia (AUC 0.895).47 Tokuda dan Riedel melihat procalcitonin sebagai marker bakteremia tercepat dan akurat pada pasien emergensi tanpa menunggu konfirmasi kultur mikrobiologi.48,49
Pada pasien paska operasi dapat dilakukan identifikasi dan penilaian tentang luaran pasien. Reith dkk meneliti pada 312 pasien yang menjalani pembedahan, peningkatan level (PCT > 2 ng/ml) memiliki indikasi klinis adanya sepsis dan PCT > 10 ng/ml memiliki prediktif outcome yang buruk.50
Pada kasus multiple trauma dengan komplikasi infeksi, Benois dkk.melihat adanya peningkatan serum PCT yang sekunder merupakan indikator kuat adanya infeksi bakteremia yang berat selama fase SIRS akhir paska trauma dibandingkan dengan CRP.51
Meisner dkk. menemukan hal yang serupa, dimana PCT meningkat pada hari pertama dan kedua paska trauma dan pada pasien dengan terbukti infeksi dari kultur mikrobiologi memiliki nilai serum PCT yang lebih tinggi (median 2,69). Pada keadaan trauma, induksi procalcitonin disebabkan oleh tumor necrosis factor alpha, IL-2, IL-6.
Gambar 9. Peningkatan PCT pada hari 1&2 kasus trauma
Studi metaanalisis pada 10 studi dengan 905 pasien didapatkan PCT > 2 ng/ml memiliki sensitifitas & spesifisitas lebih tinggi pada infeksi bakteri dibandingkan dengan inflamasi non infeksi. (PCT: 88 % Sensitifitas / 81 % Spesifisitas, CRP: 75 % Sensitifitas / 67 % Spesifisitas).42
Bagaimana interpretasi kadar PCT dihubungkan dengan mikrobiologi klinik dapat dilihat pada table 4. Studi ini menggunakan kultur darah/sputum, pemeriksaan antigen Streptococcus pneumonia dan Legionella pneumophila hingga multiple reverse transcription-Polymerese Chain Reaction (RT-PCR) untuk mendeteksi etiologi kuman. Aikawa melihat bahwa serum procalcitonin lebih akurat (70.2% ) dibandingkan parameter lainnya seperti kultur darah (42.6%). dalam infeksi bakteri, dengan nilai cut-off PCT> 0,5ng/ml (AUC 0.84) untuk PCT.53
Pada tabel ini terdapat 7 kemungkinan dengan interpretasinya. Kemungkinan kedua (baris ke-2) menunjukkan kenaikan kadar PCT tanpa dijumpai adanya kuman. Kondisi ini menunjukkan adanya respon immunitas innate terhadap patogen yang tidak dapat dideteksi oleh modalitas yang ada. Sedangkan adanya meskipun bakteri didapatkan belum dapat dipastikan bahwa kuman itu bersifat patogen atau invasif karena PCT akan meningkat dalam keadaan rangsangan imun yang tidak dipicu oleh kuman komensal/ tidak bersifat patogen. Tampaknya penelitian ini tidak memperhitungkan kemungkinan adanya kuman-kuman yang tidak akan meningkatkan
kadar PCT seperti mycoplasma pneumonia yang bisa saja tidak terdeteksi dengan uji mikrobiologi.
Gambar 10. Algoritma Antibiotik sesuai Procalcitonin
Sumber :Am J Respir Crit Care Med, 2006.54
Tabel 4. Aplikasi Kadar PCT Dalam Interpretasi Kuman pada Pasien Infeksi Saluran Nafas Bagian Bawah
Bacterial Pathogen Detected Viral pathogen detected Procalcitonin level (ng/ml) Interpretation
No No ≤ 0,05 No evidence bacterial inf.
No No 0,5-1.0 Innate immunity activated, suspect noncultured
bacteria,e.g, oral anaerobic organism
No Yes ≤ 0,05 Viral Infection
No Yes 0,25 – 1.0 Dual viral and Bacterial infection ; failure to identify etiologic bacteria
Yes Yes 0,25 – 1.0 Dual infection with virus and bacteria
Yes No ≤ 0,05 Bacterial colonization
Yes Yes ≤ 0,05 Bacterial colonization and viral infection
Sumber :Journal of Clinical Microbiology, 2010.37
2.2.2 Limfositopenia & rasio neutrofil-limfosit sebagai biomarker infeksi bakteri Awalnya untuk mengetahui adanya infeksi pada kasus emergensi, digunakan parameter limfositopenia pada kasus toxic shock syndrome. 2Hingga kemudian Zahorec dkk.melakukan studi prospektif observasional tentang korelasi antara tingkat keparahan penyakit dengan limfositopenia pada pasien sepsis berat atau syok sepsis di ruang rawatan intensif.55 Hawkin dkk.menemukan bahwa adanya limfositopenia Sel B dan sel T yang persisten melalui studi pada pasien dengan bakteremia gram positif dan gram negatif.55 Wyllie dkk.juga menitikberatkan manfaat klinis dari limfositopenia (Cut off value 2,4), rasio neutrofil limfosit (cut off value 6,9) sebagai marker diagnostik bakteremia dibandingkan pasien tanpa bakteremia pada pasien dewasa yang datang ke unit gawat darurat (P< 0,001). Sepsis yang diakibatkan oleh bakteri merupakan penyebab penting limfositopenia, namun limfositopenia tidak spesifik (AUC 0,69) untuk infeksi bakteri, sebab masih dapat ditemukan pada infeksi viral yang berat.56 Namun masih dapat diperlukan penelitian lebih lanjut.
Suatu proses fisiologis respon imun tubuh dari sel leukosit dari kondisi yang menimbulkan stress inflamasi adalah dengan peningkatan jumlah neutrofil dan penurunan jumlah leukosit. Zahorec dkk.telah berusaha mempelopori penggunaan rasio neutrofil dan limfosit sebagai marker infeksi tambahan pada kasus di ruang intensif. Mereka juga mendapatkan suatu gambaran hubungan rasio neutrofil-limfosit dengan tingkat keparahan penyakit dan luaran pasien ( berdasarkanAcute Physiology and Chronic Health Evaluation II & Sepsis-related Organ Failure Assessment score).55
Pada penelitian Goodman dkk.menunjukkan bahwa rasio neutrofil limfosit sebagai suatu parameter yang lebih sensitif dan rasio lebih dari 3,5 merupakan diagnostik yang optimal untuk appendisitis dibandingkan dengan hitung leukosit dalam memprediksi bakteremia pada kasus appendisitis.57 Jadi dari beberapa penelitian yang
sudah dilakukan, baik limfositopenia maupun rasio neutrofil-limfosit menjadi suatu prediktor independen yang dinilai dalam tingkat bertahan hidup pada beberapa kasus mulai dari onlokogi, infeksi hingga gangguan kardiovaskular.
Beberapa biomarker konvensional telah diteliti seperti CRP, hitung leukosit dan laju endap darah, namun memiliki kapasitas diskriminasi yang lemah dalam membedakan infeksi bakteri. Untuk meningkatkan identifikasi dini infeksi bakteri diperlukan metode pendekatan baru dan sederhana melalui penilaian suatu marker baru (rasio neutrofil-limfosit) yang kemudian dikorelasi dengan marker lain (procalcitonin) dan metode standar baku yang dipakai (kultur mikrobiologi).
2.2.2.1 Limfositopenia
Limfositopenia pada suatu penelitian dapat menjadi suatu marker infeksi bakteri. Hal demikian disebabkan bahwa dalam keadaan sepsis dan syok sepsis terjadi suatu proses marginasi atau redistribusi sel limfosit kedalam sistem limfatik dan proses apoptosis limfosit yang sangat cepat.2,55,56,57 Apoptosis merupakan karakteristik dominan adanya sepsis. Dalam proses ini terjadi suatu mekanisme delesi pada limfosit, seperti yang dapat dilihat pada model hewan percobaan. Jilma dkk.melakukan observasi pada pasien sepsis,dimana suatu keadaan limfositopenia terus menerus terjadi pada keadaan endotoksinemia.6 Pada pasien dengan syok sepsis, apoptosis limfosit sangat cepat terjadi, dan berujung pada keadaan limfositopenia berat. Limfositopenia persisten dihubungkan dengan tingkat luaran yang buruk.6 Pada tikus percobaan, tindakan pencegahan proses apoptosis limfosit dihubungkan dengan tingkat keselamatan hidup.
Jilma dkk. mendapatkan penurunan jumlah hitung limfosit dilaporkan sebesar 85% setelah 4-6 jam terpapar endotoxinemia pada sukarelawan yang sehat(diberikan injeksi 4 ng/kg LPS) dan peningkatan neutrofil sebesar 300% .6
Pada studi prospektif oleh Zahorec dkk, dengan hasil didapatkan adanya limfositopenia pada 89 dari 90 pasien onkologi di ICU paska pembedahan mayor, sepsis berat dan syok sepsis. Didapatkan juga suatu korelasi antara beratnya kondisi klinis pasien dengan beratnya limfositopenia.55
Pada analisis multivariat, hitung jenis limfosit erat dikaitkan dengan keadaan bakteremia.Pada studi berkelanjutan yang dilakukan oleh Wyllie dkk didapatkan bahwa
dengan hanya memperhitungkan CRP saja tidak lebih baik sebagai prediktor bakteremia dibandingkan dengan menggabungkan parameter lainnya seperti menggabungkan parameter neutrofilia dengan limfositopenia atau hanya dengan parameter limfositopenia saja.56
Studi observasi oleh Jager dkk.pada kasus emergensi ditemukan bahwa limfositopenia menjadi prediktor yang lebih baik dibandingkan dengan hitung jenis leukosit, hitung jenis neutrofil, atau nilai serum CRP, dengan nilai prediktif positif dan negatif jauh melebihi nilai prediktif parameter lainnya. Hitung jenis limfosit dapat didapat dengan mudah dan menjadi mungkin untuk menjadi suatu penilaian dalam membuat suatu diagnostik klinis. 2 Pada konteks yang terakhir didapatkan suatu pertanyaan apakah limfositopenia dapat menjadi pedoman dari tingkat keparahan suatu penyakit.Bukti klinis yang sedang berkembang apakah rasio hitung jenis neutrofil dan limfosit berguna dalam memprediksi tingkat bertahan hidup pada berbagai kondisi klinis.
Limfositopenia dapat juga terlihat pada pasien AIDS dan depresi sum-sum tulang, penggunaan steroid, malnutrisi berat dan Guillain-Barré syndrome. Status nutrisi berperan dalam modulasi apoptosis dan maturasi melalui kaskade hipoplasia sum-sum tulang.58,59.
2.2.2.2 Rasio neutrofil-limfosit
Awalnya, rasio neutrofil-limfosit diteliti pada pasien kanker paru60, kanker kolorektal dan transplantasi hati untuk karsinoma hepatoselular61, dan nilai rasio ini berkorelasi erat dengan tingkat bertahan hidup pada pasien kanker seluruhnya.62 Pada terapi pasien penyakit jantung, rasio neutrofil-limfosit juga berkembang sebagai suatu prediktor prognosis pasien. Pada pasien gagal jantung kronis dan paska operasi jantung koroner63, hitung jenis limfosit dan rasio neutrofil-limfosit dapat digunakan sebagai prediktor tingkat bertahan hidup.
Holub dkk. pada studinya tentang rasio neutrofil-limfosit sebagai biomarker infeksi bakteri pada 45 pasien yang positif infeksi bakteri dari kultur mikrobiologi didapatkan nilai tengah (median rasio N/L 11.73 pada infeksi bakteri dengan nilai
cut-off value of 6.2 dan nilai AUC 0.971 sebagai prediktor infeksi bakteri dan 0.956 untuk membedakan bakteri dan infeksi virus.10
Goodman dkk.juga meneliti tentang rasio neutrofil-limfosit sebagai prediktor adanya bakteremia pada pasien appendisitis. Pada kasus ini, rasio neutrofil-limfosit ternyata lebih sensitif dibandingkan hitung jenis leukosit.57
Yazici dkk. juga menemukan bahwa rasio neutrofil-limfosit dapat digunakan untuk diagnostik appendisitis.64 Rasio itu berbeda pada penelitian Ishizuka dkk, dengan hasil rasio lebih besar daripada 8 menunjukkan prediktor appendisitis gangrenosa , namun dengan nilai sensitifitas dan spesifitas yang rendah. 65
Zahorec dkk kemudian melakukan investigasi tentang penggunaan rasio neutrofil limfosit pada pasien sepsis dan rasio ini dihubungkan dengan tingkat keparahan penyakit. Pasien dengan infeksi abdominal,pada kondisi preoperatif dijumpai peningkatan neutrofil ((83,2 %) dan nilai limfosit yang rendah (9,5 %). Berlanjut ke kondisi paskaoperasi, terjadi peningkatan neutrofil lebih lanjut ((89,9 %) dan penurunan limfosit yang bermakna(7%). Pada pasien sakit kritis dengan sepsis berat atau syok sepsis memiliki nilai peningkatan neutrofil yang lebih meningkat (94%) dan penurunan lebih berat 3,8% .55
Rasio neutrofil-limfosit merupakan suatu parameter yang potensial terhadap bakteremia terutama pada pasien yang dicurigai infeksi paru komuniti.Penelitian yang dilakukan Yoon dkk.dengan tujuan mencari nilai rasio neutrofil-limfosit dalam membedakan diagnostik pneumonia komuniti dengan TB paru. Didapatkan nilai rasio neutrofil-limfosit lebih tinggi secara signifikan pada pasien pneumonia komuniti bakteri ( 14.64±9.72 ) dibandingkan TB paru (3.67±2.12) P <0.001). Nilai rasio >7 merupakan nilai cut-off yang optimal dalam diskriminasi pasien. (sensitifitas 91.1%, spesifisitas 81.9%, nilai prediktif positif 85.7%, nilai prediktif negatif 88.5%). AUC rasio N/L (0.95, 95% confidence interval [CI], 0.91-0.98) lebih tinggi dibandingkan dengan parameter C-reactive protein (0.83, 95% CI, 0.76- 0.88; P =0.0015).9
Kemampuan rasio ini dalam memprediksi bakteremia dibandingkan dengan parameter tradisional pada pasien emergensi dengan pneumonia komuniti telah diteliti oleh Jager dkk. Ditemukan bahwa limfositopenia pada pasien hasil kultur positif vs negatif (0.8 ± 0.5 × 109/l vs. 1.2 ± 0.7 × 109/l; P < 0.0001) dan rasio neutrofil-limfosit
(rasio N/L (20.9 ± 13.3 vs. 13.2 ± 14.1; P <0.0001 ) menjadi prediktor yang lebih baik dibandingkan dengan hitung jenis leukosit, hitung jenis neutrofil, atau nilai serum CRP, dengan nilai prediktif positif dan negatif jauh melebihi nilai prediktif parameter lainnya.66 Mereka menemukan bahwa nilai rasio neutrofil-limfosit memiliki area dibawah kurva (AUC) dan kurva ROC yang lebih tinggi dengan signifikan dibandingkan dengan marker infeksi bakteri konvensional, termasuk serum C-reactive protein. Nilai prediktif positif dan nilai prediktif negatif juga tertinggi pada parameter rasio neutrofil-limfosit.Nilai rasio neutrofil-limfosit ini terbukti dapat menjdi marker infeksi yang sederhana dengan kapasitas diskriminasi yang baik sebagai prediktor bakteremia pada kasus emergensi dengan infeksi.
Hitung jenis limfosit dan rasio neutrofil-limfosit dapat didapat dengan mudah dan menjadi mungkin untuk menjadi suatu penilaian dalam membuat suatu diagnostik klinis. Teradas dkk.justru memandang bahwa nilai hitung eosinofil dan rasio neutrofil-limfosit ini menjadi marker prognostik pada pasien dengan bakteremia. Berdasarkan studi retrospektif yang mereka ikuti dalam kurun 5 tahun, didapatkan bahwa nilai yang persisten dari parameter diatas (Rasio N/L >7 atau eosinofil < 0,0454. 103/uL) memiliki resiko mortalitas yang meningkat.67
Menurut Ljungstrom rasio neutrofil-limfosit dapat menjadi biomarker tingkat keparahan sepsis dengan berbagai keuntungan diantaranya murah, tidak diperlukan pengambilan sampel tambahan. Dimana nilai rasio yang lebih tinggi dapat terjadi sebelum awal terjadinya sepsis berat dan syok sepsis. Namun nilai rasio yang rendah tidak menyingkirkan adanya bakteremia ataupun sepsis berat. 68 Ternyata rasio neutrofil limfosit memiliki peran terhadap prediktor mortalitas pada pasien gagal ginjal kronis stadium akhir dengan adanya resiko kematian yang lebih besar pada kelompok dengan rasio lebih dari 3,48.69
2.2.2.3 Kultur mikrobiologi
Pemeriksaan biakan mikroorganisme merupakan satu-satunya metode definitif untuk konfirmasi infeksi bakteri. Beberapa kerugian pada metode standar baku ini diantaranya memerlukan waktu yang lama dan dapat dihubungkan dengan penggunaan antibiotik
sebelumnya. Terutama yang menjadi hal penting adalah volume sampel darah untuk pemeriksaan kultur dan waktu yang tepat dalam pengambilan sampel.70
Metode PCR dikombinasikan dengan “electrospray ionization mass spectrometry” dikemukakan oleh Farrell dkk. Metode molekular yang berdasarkan teknik amplikasi asam nukleat dapat mendeteksi pathogen setelah dilakukan pemberian antibiotik dengan hasil biakan mikroorganisme yang negatif.71 Kendala yang sering ditemukan dalam interpretasi apakah hasil kultur bakteri merupakan bakteri patogen atau hanya kontaminan atau kolonisasi.
Tabel 5 Diskriminasi bakteri patogen dan kontaminan pada hasil kultur mikrobiologi
Tabel 6. Interpretasi diagnostik infeksi bakteri Kultur Bakteri Patogen Serum procalcitonin ( >2 ng/ml) Interpretasi Infeksi Bakteri Keterangan + + Ya + - Tidak bakteri kolonisasi, Infeksi lokal - + Ya - - Tidak
NB: Bakteri kontaminan digolongan kepada hasil kultur bakteri negatif 2.3 Efek kortikosteroid pada sistem imunitas
Kortikosteroid menghambat makrofag dan produksi limfosit T-helper tipe 1 oleh tumor necrosis factor (TNF)-alpha, interleukin (IL)-1, IL-2, IL-12, interferon-gamma,granulocyte-macrophage colony-stimulating factor, IL-4, IL-10. TNF-alpha & IL-1memiliki beberapa mekanisme aksi inflamasi, termasuk produksi prostaglandin E2 dan collagenase,aktifasi limfosit T, stimulasi proliferasi fibroblast dan induksi sintesa acute-phase reactants di hati. Kortikosteroid juga menghambat aksi regulasi imunitas humoral seperti PAF (platelet-activating factor & macrophage migration inhibition factor. Kortikosteroid menghambat migrasi neutrofil ke daerah inflamasi sebanyak dua sampai empat kali lipat.
Kortikosteroid memiliki efek yang besar terhadap migrasi sel limfosit. Pemberian terapi steroid dosis tunggal memiliki efek limfopenia yang sementara namun bermakna. Hal ini disebabkan oleh redistribusi sel limfosit ke kompartemen tubuh lainnya, termasuk sum-sum tulang. Sel limfosit T umumnya lebih dipengaruhi dibandingkan sel limfosit B. Dosis rendah terapi steroid memiliki efek yang minimal terhadap serum immunoglobulin. Limfosit immatur yang diproduksi didaerah korteks timus lebih sensitif untuk terjadinya apoptosis dibandingkan limfosit yang matur.72 Penggunaan terapi steroid jangka pendek dihubungkan dengan resiko toksisitas yang lebih rendah. Namun pada pasien dengan dosis tinggi steroid, 1-2 mg/kg/hari prednison selama 3 bulan atau lebih memiliki efek terhadap sistem imunitas.
Tabel 7. Dosis ekuivalen steroid
SUMBER :
Dixon JS. Second-line Agents in the Treatment of Rheumatic Diseases. Informa Health Care, 1991. (456). Meikle AW and Tyler FH. Potency and duration of action of glucocorticoids. Am J of Med 1977;63;200 Webb R, Singer M. Oxford Handbook of Critical Care. Oxford ; New York : Oxford University Press, 2005
Pelepasan mediator inflamasi
SEPSIS
Disfungsi migrasi Apoptosis limfosit
Sel Parenkim
Rasio Neutrofil-
Infeksi bakteri
SIRS
Neutrofil Limfosit Serum procalcitonin
2.4. KERANGKA TEORI 2.5. KERANGKA KONSEP SERUM PROCALCITONIN RASIO NEUTROFIL- LIMFOSIT
