Tesis

Pengaruh Terapi Oksigen Hiperbarik terhadap Jalur Inflamasi NF- κB/COX-2 dan Inflamasom NLRP3 pada Cedera Otak Traumatis = The Effect of Hyperbaric Oxygen Therapy on the NF-κB/COX-2 Inflammation Pathway and NLRP3 Inflammasome in Traumatic Brain Injury.

Latar Belakang: Benturan awal akibat cedera otak traumatis (COT) menyebabkan kerusakan jaringan otak sehingga mengganggu aliran darah dan menyebabkan jaringan otak mengalami hipoksia. Hipoksia berkontribusi besar terhadap keberlangsungan neuroinflamasi dan perkembangan cedera otak sekunder, yang dalam jangka panjang dapat menyebabkan gangguan neurologis. Terapi oksigen hiperbarik (hyperbaric oxygen; HBO) telah diusulkan sebagai salah satu metode untuk mengatasi hipoksia. Namun, mekanisme yang mendasar efek terapeutik HBO masih belum sepenuhnya dipahami. Studi yang telah ada terkait terapi HBO pada model COT menunjukkan hasil yang bervariasi. Sebelumnya, kami menemukan bahwa terapi HBO secara efektir mengurangi hipoksia otak pada model tikus, ditunjukkan dengan penurunan kadar hypoxia-inducible factor (HIF)-1α. Berdasarkan temuan tersebut, penelitian ini bertujuan menyelidiki dampak terapi HBO terhadap neuroinflamasi pasca-COT. Metode: Sebanyak 66 ekor tikus dibagi secara acak menjadi 11 kelompok: satu kelompok kontrol, satu kelompok COT, tiga kelompok normobarik, tiga kelompok perlakuan HBO 2 ATA, dan tiga kelompok perlakuan HBO 3 ATA. Setelah induksi COT, kelompok perlakuan mendapatkan enam sesi paparan HBO selama 1 jam yang diberikan setiap 12 jam. Jaringan otak diambil pada hari ke-3, 7, dan 14 pasca-COT untuk dianalisis. Neuroinflamasi dievaluasi dengan mengukur kadar protein NF-κB, serta NLRP3 dan caspase-1 sebagai komponen utama inflamasom NLRP3, dengan metode ELISA. Aktivitas enzimatik COX-2 diukur dengan metode fluorometri. Tingkat ekspresi mRNA COX-2, NLRP3, dan caspase-1 juga dievaluasi dengan qRT-PCR. Aktivasi inflammasom dikonfirmasi lebih lanjut dengan mendeteksi fragmen caspase-1 aktif, yaitu caspase-1 p20, dengan metode western blot. Hasil: Pada hari ke-3, 7, dan 14, kelompok terapi HBO 2 ATA dan 3 ATA menunjukkan penurunan kadar protein NF-κB dan aktivitas COX-2 dibandingkan dengan kelompok normobarik. Sebaliknya, peningkatan kadar mRNA dan protein NLRP3 serta caspase-1 diamati pada kedua kelompok yang menerima terapi HBO. Temuan ini didukung oleh peningkatan kadar caspase-1 p20, yang mengindikasikan peningkatan ekspresi serta aktivasi inflammasom NLRP3. Kesimpulan: Temuan ini menunjukkan bahwa terapi HBO yang diberikan pada fase akut setelah TBI dapat menekan jalur inflamasi NF-κB/COX-2 pada fase subakut, tetapi mendorong ekspresi dan aktivasi inflammasom NLRP3.
Kata Kunci: cedera otak traumatis, COX-2, inflamasom NLRP3, NF-κB, oksigen hiperbarik


Background: The initial injury from traumatic brain injury (TBI) damages brain tissue, disrupting blood flow and causing the brain to experience hypoxia. This hypoxic condition contributes significantly to the persistence of neuroinflammation and the progression of secondary brain injury, ultimately leading to long-term neurological deficits. Hyperbaric oxygen (HBO) therapy has been proposed as a potential intervention to mitigate hypoxia. However, the mechanisms underlying its therapeutic effects remain poorly understood. Furthermore, previous studies examining HBO therapy in TBI models have yielded inconsistent results. In our earlier work, we demonstrated that HBO treatment effectively reduced brain hypoxia in a rat model, as indicated by decreased levels of hypoxia-inducible factor (HIF)-1α. Building on these findings, this study aims to investigate the impact of HBO therapy on neuroinflammatory responses following TBI. Method: A total of 66 rats were randomly assigned to 11 groups: one control group, one TBI group, three normobaric groups, three 2 ATA HBO treatment groups, and three 3 ATA HBO treatment groups. Following TBI induction, the treatment groups received six sessions of 1-hour HBO exposure, administered every 12 hours. Brain tissue was harvested on days 3, 7, and 14 post-TBI for analysis. Neuroinflammation was evaluated by measuring NF-κB protein levels, as well as NLRP3 and caspase-1 as the key components of the NLRP3 inflammasome, using ELISA. COX-2 activity was measured using fluorometry. mRNA expressions of COX-2, NLRP3, and caspase-1 were also evaluated using qRT-PCR. Activation of the inflammasome was further confirmed by detecting the active caspase-1 fragment, caspase-1 p20, using western blot. Results: On days 3, 7, and 14, both the 2 ATA and 3 ATA HBO groups exhibited reduced NF-κB protein levels and COX-2 activity compared to the normobaric groups. In contrast, elevated mRNA and protein levels of NLRP3 and caspase-1 were observed in both HBOtreated groups. These results were supported by increased caspase-1 p20 levels, indicating enhanced NLRP3 inflammasome expression and activation. Concusion: These findings suggest that HBO treatment during the acute phase post-TBI suppresses the NF-κB/COX-2 inflammatory pathway in the subacute phase, while concurrently promoting the expression and activation of the NLRP3 inflammasome.
Keywords: COX-2, hyperbaric oxygen, NF-κB, NLRP3 inflammasome, traumatic brain injury