1 1.1 Latar Belakang
Metode analisis gas hembus napas manusia secara modern sudah dikembangkan sejak lama dimulai pada tahun 1969. Analisis napas dapat diklasifikasikan ke dalam dua kelompok : analisis metabolit napas setelah pemberian obat dan analisis senyawa napas diproduksi secara endogen karena status fisiologis tertentu. Napas manusia normal mengandung beberapa molekul atmosfer, misalnya, H2O, CO2, N2, O2, dalam konsentrasi yang relatif tinggi,
beberapa senyawa yang mudah menguap yang disebut volatile organics compound (VOC), misalnya, aseton, isoprena, propanol, dll, dalam ppm (part per million = 10-6 atm) atau tingkat sub ppm dan sekitar empat ratus VOC yang utama (lebih dari 1.000 senyawa napas) dalam ppb (part per billion = 10-9 atm) atau pada tingkat ppt (part per trillion = 10-12 atm). Hingga saat ini, beberapa VOC telah ditetapkan sebagai biomarker untuk penyakit tertentu atau gangguan metabolisme. Misalnya, alkana yang hadir dalam kasus kanker paru-paru dan formaldehida dalam kasus kanker payudara; kehadiran isoprena dalam napas manusia adalah berkaitan dengan kadar kolesterol darah; dan pasien dengan diabetes melitus memiliki kelebihan aseton dalam napas mereka. Pengetahuan tersebut menunjukkan bahwa analisis napas berguna untuk diagnosis penyakit manusia dan/atau pemantauan status metabolik. Namun, karena konsentrasi rendah dan terdapat sejumlah besar senyawa dalam hembusan nafas, maka analisis napas membutuhkan instrumen yang sangat sensitif dan sangat selektif untuk mengidentifikasi dan menentukan konsentrasi biomarker tertentu (Wang, 2009 ).
Berbagai macam metode telah banyak dikembangkan dalam kurun waktu 20 tahun terakhir ini dalam rangka untuk mendeteksi gas biomarker (Wojtas, 2012). Spektroskopi fotoakustik laser CO2 menawarkan teknik yang sensitif untuk
deteksi dan pemantauan jejak gas pada konsentrasi rendah. Laser CO2 sangat
diminati karena memastikan daya keluaran tinggi dalam daerah panjang gelombang 9 – 11 m dimana lebih dari 250 molekul gas menunjukkan
penyerapan bands yang kuat pada lingkungan atmosfir, industri, medis, militer dan sains (Dumitras, 2012 : 4). Selain itu laser CO2 memiliki tunability yang luas
dan daya laser yang tinggi memungkinkan pengukuran dari campuran beberapa gas pada konsentrasi (sub) part per billion volume, 1 ppb = 1 : 109 (Bijnen, 1996). Melalui teknik spektroskopi laser, telah terdeteksi secara aktual 14 jenis gas penanda biologis pada sampel napas manusia diantaranya gas aseton (C3H6O)
sebagai penanda biologis penyakit diabetes mellitus (DM), gas ammonia (NH3)
untuk gagal ginjal, helicobacter pylori dan liver, gas etilen (C2H4) untuk
kerusakan kulit manusia akibat radiasi UV dan peroksidasi lipid (Wang, 2009). Spektroskopi fotoakustik laser secara luas digunakan dalam aplikasi pengukuran gas kelumit (Darmawan, 2016). Prinsip SFA laser adalah mendeteksi gelombang akustik yang timbul akibat serapan radiasi foton (laser) yang termodulasi oleh sampel gas. Dengan menerapkan konfigurasi intrakavitas, daya yang diradiasikan ke dalam sel sebagai tempat interaksi antara sampel gas dan radiasi laser akan semakin besar, sehingga sinyal FA yang dihasilkan akan semakin tinggi (Pratama, 2013). Dalam spektroskopi fotoakustik modern, sampel gas yang diselidiki diletakkan di dalam sel fotoakustik kemudian disinari oleh radiasi dengan intensitas yang dimodulasi. Sebagian energi radiasi yang datang diserap oleh gas tersebut sehingga dihasilkan variasi tekanan, yang tampil sebagai bunyi yang dapat dideteksi oleh mikrofon.
Pengembangan metode analisis gas hembus telah dilakukan salah satunya untuk mendiagnosis penyakit DM. Penyakit DM merupakan penyakit yang timbul akibat meningkatnya kadar glukosa dalam darah yang disebabkan adanya defisiensi insulin atau menurunnya kemampuan tubuh untuk menggunakan insulin. Pada penderita DM terdapat kadar glukosa yang tinggi dalam darah dan menyebabkan terjadinya pembentukan aseton. Aseton yang terbentuk terdeteksi melalui konsentrasinya yang ada di hati dan paru-paru sehingga dapat dideteksi melalui pernapasan manusia (Goodridge, 2000). Adanya aseton dalam pernafasan penderita diabetes menimbulkan aroma yang khas, yaitu bau organik yang manis. Penderita diabetes yang pingsan biasanya diduga mabuk karena adanya bau aseton pada pernafasannya (Mitrayana, 2010). Aseton memiliki susunan molekul yang
lebih besar dibandingkan dengan senyawa-senyawa organik yang mudah menguap lainnya. Secara umum telah diketahui bahwa molekul yang lebih besar memliki sifat serapan yang lebar karena sejumlah besar transisi-transisi vibrasionalnya dan garis-garis rotasional yang berjarak dekat (Arslanov dalam Pratama, 2013). Oleh karenanya, merupakan sebuah tantangan untuk mengukur senyawa organik yang lebih besar seperti aseton dengan spektroskopi serapan laser pita sempit.
Metode analisis pada gas hembus nafas manusia seharusnya memungkinkan untuk dapat mendiagnosis penyakit tertentu, memantau perkembangan penyakit, maupun respon terhadap tipe pengobatan/ perawatan (Monks, 2010). Selain itu, keunggulan utamanya adalah dapat dilakukan kepada semua orang di segala usia tanpa menimbulkan resiko pada pasien karna bersifat non invansive dan painless
(Dowlaty, 2013). Pusat Data & Informasi Kementrian Kesehatan RI (2014) menyatakan bahwa estimasi terakhir dari International Diabetes Federation (IDF), terdapat 382 juta orang yang hidup dengan diabetes di dunia pada tahun 2013. Pada tahun 2035 jumlah tersebut diperkirakan akan meningkat menjadi 592 juta orang. Diperkirakan dari 382 juta orang tersebut, 175 juta diantaranya belum terdiagnosis, sehingga terancam berkembang progresif menjadi komplikasi tanpa disadari dan tanpa pencegahan.
Hasil Laporan Riset Kesehatan Dasar menyatakan bahwa prevalensi penderita DM di Indonesia pada tahun 2013 (2,1 %) mengalami peningkatan dibandingkan pada tahun 2007 (1,1 %). Prevelensi DM tertinggi terdapat di provinsi D.I Yogyakarta dengan nilai prevalensi 2,6 % yang kemudian diikuti oleh D.K.I Jakarta dengan 2,5 % dan Sulawesi 2,4 % (Trihono, 2013).
Penelitian ini mengkaji pengukuran konsentrasi gas aseton sebagai penanda biologis (biomarker) penyakit diabetes melitus tipe 2 melalui hembusan nafas manusia. Penyakit DM tipe 2 dipilih karena pada rentang umur orang dewasa, diabetes tipe 2 menyumbang sekitar 90% sampai 95% dari semua kasus diabetes yang terdiagnosis (Centers for Disease Control and Prevention, 2014). Metode spektroskopi fotoakustik laser CO2 diaplikasikan pada penelitian ini untuk
mengukur konsentrasi gas aseton (C3H6O) pada sampel hembusan nafas.
sehat dan pasien diabetes melitus tipe 2 yang memiliki rentang umur 25 - 80 tahun yang berjumlah masing – masing 31 orang. Sampel hembusan nafas pasien DM tipe 2 diperoleh di RSUP Dr. Sardjito dengan dipantau besarnya glukosa darah sewaktu (GDS) pada saat pengambilan sampel hembusan nafas.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang telah dikemukaan dalam latar belakang, maka rumusan masalah dalam penelitian ini sebagai berikut :
1. Bagaimana kinerja SFA laser CO2 dalam pengukuran gas aseton sebagai
biomarker diabetes melitus tipe 2 dengan metode analisis multikomponen
2. Berapa konsentrasi gas aseton pada pasien diabetes melitus tipe 2 dan relawan sehat dengan alat spektrometer fotoakustik laser CO2.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah adalah sebagai berikut :
1. Menentukan kinerja SFA laser CO2 dalam pengukuran gas aseton sebagai
biomarker diabetes melitus tipe 2 dengan metode analisis multikomponen.
2. Mengukur konsentrasi gas aseton dan mengamati perbedaan konsentrasi pasien diabetes melitus tipe 2 dan relawan sehat dengan alat spektrometer fotoakustik laser CO2.
1.4 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang ditetapkan dalam penelitian ini antara lain: 1. Relawan menghembuskan nafas pada scrubber yang berisi KOH dan
CaCl2 yang kemudian dihubungkan pada sample bag untuk penyimpanan
sample gas hembus nafas.
2. Subyek penelitian adalah relawan orang sehat dan pasien diabetes melitus tipe 2 di RSUP Dr.Sardjito dengan interval umur yaitu 25 - 80 tahun.
3. Penelitian ini hanya mengkaji tentang sampel hembusan nafas dan tidak memperhatikan faktor lainnya seperti : suhu tubuh, asupan makanan ataupun obat yang diminum pasien serta treatment/terapi yang sedang dijalani oleh pasien.
4. Sampel gas hembus nafas diambil ketika setiap relawan sehat dan pasien diabetes mellitus tipe 2 tidak dalam massa puasa ataupun diet.
5. Kriteria pengambilan sampel :
a. Pasien diabetes melitus tipe 2 berdasarkan catatan medis diagnosis dokter atau pada pasien diabetes dengan kasus baru berdasarkan pemeriksaan glukosa darah sewaktu (GDS) menggunakan glucometer
komersial Accu Check Active yang menunjukkan hasil GDS 200 mg/dL.
b. Relawan sehat dinilai sehat jasmani, tidak mengkonsumsi obat/vitamin tertentu, tidak merokok, tidak minum minuman isotonik dan belum pernah mempunyai riwayat penyakit kronis lainnya.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun beberapa manfaat yang diharapkan dari penelitian ini antara lain : 1. Memahami karakteristik SFA laser CO2 konfigurasi intrakavitas dalam
upaya mempersiapkan sistem laser dengan daya yang optimal sehingga menghasilkan BDT gas aseton yang rendah.
2. Memahami kinerja SFA laser CO2 konfigurasi intrakavitas dalam
mendeteksi dan mengukur konsentrasi gas aseton dalam sampel napas. 3. Mengetahui perbedaan besarnya konsentrasi gas aseton antara pasien
diabetes melitus tipe 2 dengan relawan sehat
4. Sebagai bahan referensi bagi peneliti lain di bidang SFA khususnya untuk deteksi gas aseton pada pasien diabetes melitus tipe 2.
