Mekanisme Diare dan Muntah

Oleh: Elvira Syamsir
(Diambil dari tugas kuliah, tahun 2006)

Berbagai mikroba seperti bakteri, parasit, virus dan kapang bisa menyebabkan diare dan muntah.  Keracunan pangan yang menyebabkan diare dan muntah, disebabkan oleh pangan dan atau air yang terkontaminasi oleh mikroba.  Pada tulisan ini akan dijelaskan mekanisme diare dan muntah yang disebabkan oleh mikroba melalui pangan terkontaminasi.

A.  DIARE

1.  Definisi Diare

Secara klinis, istilah diare digunakan untuk menjelaskan terjadinya peningkatan likuiditas tinja yang dihubungkan dengan peningkatan berat atau volume tinja dan frekuensinya.  Seseorang dikatakan diare jika secara kuantitatif  berat tinja per-24 jam lebih dari 200 gram atau lebih dari 200 ml dengan frekuensi lebih dari tiga kali sehari. 

Diare bisa dikelompokkan berdasarkan beberapa factor seperti durasi dari penyakit (akut atau kronis), mekanisme patofisiologis (osmotic atau sekretori), tingkat keparahan (ringan atau berat), atau karakteristik tinja (berair, berlemak atau berdarah).  Secara medis, durasi dari penyakit dan karakteristik tinja digunakan untuk mengevaluasi penyakit dan pengobatan pasien diare.  Diare akut didefinisikan sebagai penyakit diare yang berlangsung kurang dari 4 minggu.  Diare yang bertahan lebih dari 4 minggu dikenal sebagai diare kronis.  Penye-bab dari sebagian besar kasus diare akut adalah agen penyebab infeksi (virus, bakteri dan parasit) dan enterotoksin yang diproduksi di dalam pangan.  Penyebab lain diluar yang dibawa oleh pangan adalah pengobatan, peradangan atau penyakit ischemic pada perut, radang panggul dan penyerapan gula yang kurang baik (misalnya laktulosa).


Sebagian besar diare yang disebabkan oleh infeksi, terjadi melalui rute fekal-oral baik melalui pangan atau air yang tercemar.  Virus (misalnya adenovirus, rotavirus dan  Norwalk virus) merupakan penyebab utama dari diare di Amerika Serikat.  Bakteri yang menyebabkan diare diantaranya Escherichia coli, Clostridium difficile, Campylobacter, Salmonella dan Shigella. Eksotoksin bakteri penyebab diare diproduksi oleh Bacillus cereus, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, Salmonella species dan species lainnya.  Entamoeba histolytica, Giardia, Cryptosporidium dan Cyclospora adalah jenis parasit/protozoa penyebab diare. 

2.  Mekanisme Diare Yang Disebabkan Oleh Patogen Enterik

Diare yang disebabkan oleh patogen enterik terjadi dengan beberapa mekanisme sebagai berikut (Gambar 1): 

1. Beberapa patogen menstimulasi sekresi dari fluida dan elektrolit, seringkali dengan melibatkan enterotoksin yang akan menurunkan absorpsi garam dan air dan/atau meningkatkan sekresi anion aktif.  Pada kondisi diare ini tidak terjadi gap osmotic dan diarenya tidak berhubungan dengan isi usus sehingga tidak bisa dihentikan dengan puasa.  Diare jenis ini dikenal sebagai diare sekretory.  Contoh dari diare sekretori adalah kolera dan diare yang disebabkan oleh enterotoxigenic E coli.
2. Beberapa patogen menyebabkan diare dengan meningkatkan daya dorong pada kontraksi otot, sehingga menurunkan waktu kontak antara permukaan absorpsi usus dan cairan  luminal. Peningkatan daya dorong ini mungkin secara langsung distimu-lasi oleh proses patofisiologis yang diaktivasi oleh patogen, atau oleh peningkatan tekanan luminal karena adanya akumulasi fluida.  Pada umumnya, peningkatan daya dorong tidak dianggap sebagai penyebab utama diare tetapi lebih kepada faktor tambahan yang kadang-kadang menyertai  akibat-akibat patofisiologis dari diare yang diinduksi oleh 
3. Pada beberapa diare karena infeksi, patogen menginduksi kerusakan mukosa dan menyebabkan peningkatan permeabilitas mukosa.  Sebaran, karakteristik dan daerah yang terinfeksi akan bervariasi antar organisme.  Kerusakan mukosa yang terjadi bisa berupa difusi nanah oleh pseudomembran sampai dengan luka halus yang hanya bisa dideteksi secara mikroskopik.  Kerusakan mukosa atau peningkatan permeabilitas tidak hanya menyebabkan pengeluaran cairan seperti plasma, tetapi juga mengganggu kemampuan mukosa usus untuk melakukan proses absorbsi yang efisien karena terjadinya difusi balik dari fluida dan elektrolit yang diserap.  Diare jenis ini dikenal sebagai diare eksudatif.  Penyebabnya adalah bakteri patogen penyebab infeksi yang bersifat invasive (Shigella, Salmonella).
4. Malabsorpsi komponen nutrisi di usus halus seringkali menyertai kerusakan mucosal yang diinduksi oleh patogen.   Seperti terlihat pada Gambar 1, kegagalan pencernaan dan penyerapan karbohidrat (CHO) akan meningkat dengan hilangnya hidrolase pada   permukaan membrane mikrovillus (misalnya lactase, sukrase-isomaltase) atau kerusakan membran microvillus dari enterosit.  Peningkatan solut didalam luminal karena malabsorbsi CHO menyebabkan osmolalitas luminal meningkat dan terjadi difusi air ke luminal.  Diare jenis ini dikenal sebagai diare osmotik dan bisa dihambat dengan berpuasa. 

3.  Diare Sekretory karena Enterotoksin

Enterotoksin bakteri seperti cholera toxin maupun enterotoksin heatlabile dan heat-stable dari E. coli seringkali menyebabkan diare sekretory.  Tiga ciri utama dari diare sekretory (Gambar 2) adalah:

1. Enterotoksin menstimulasi sekresi dari cairan dan elektrolit intestinal dengan meningkatkan sekresi anion aktif dan menghambat absopsi NaCl. 
2. Tidak menyebabkan kerusakan morfologi.  Akumulasi fluida didalam luminal dan terjadinya diare disebabkan oleh gangguan fungsional terhadap sistim transpor air dan elektrolit. 
3. Tidak mengganggu absorpsi solut yang tergantung pada natrium (Na). Karena itu, pemberian larutan gula-garam (Na) secara oral dilakukan untuk  mengganti caiaran tubuh yang hilang (mencegah dehidrasi) karena diare yang diinduksi oleh enterotoksin.

Gambar 1.  Mekanisme diare yang disebabkan oleh patogen enterik

Gambar 2.  Ciri diare sekretori yang disebabkan oleh enterotoksin

a.  Mekanisme diare oleh kolera toksin

Cholera toxin (CT) yang dihasilkan oleh Vibrio cholerae merupakan molekul protein yang terdiri dari sub unit beta (terdiri dari 5 molekul yang berikatan secara nonkovalen) dan sub unit alpha (memiliki 2 peptida, alpha 1 and 2) dengan BM ~84,000. Sub unit 5B, berfungsi sebagai alat pengikatan (penempelan) CT ke membran reseptor spesifik (disebut GM1-ganglioside) yang ada pada membrane luminal dari enterosit.  Sub unit A1 kemudian masuk kedalam sel dan mengaktivasi adenilat siklase yang ada pada membrane basolateral, menginisiasi pembentukan AMP siklik dari ATP.  Peningkatan jumlah AMP siklik ini mengubah proses metabolisme yang berperan dalam mengatur transport garam dan air didalam usus.  Kondisi ini akhirnya menyebabkan penghambatan absorpsi NaCl netral dan menstimulasi sekresi anion sehingga terjadi akumulasi fluida didalam luminal yang memicu terjadinya diare (Gambar 3).

Gambar 3.  Mekanisme diare oleh cholera toxin

b.  Mekanisme diare oleh heat-stable enterotoxin

Heat-stable enterotoxin dari E. Coli  (STa) adalah peptide dengan BM rendah (~2,000 daltons), stabil terhadap panas, nonantigenik dan menyebabkan diare air (diare sekretory).  STa berikatan dengan reseptor membran lumina spesifik (guanilat siklase) pada enterosit untuk menstimulasi pembentukan siklik GMP dari GTP. Peningkatan dari siklik GMP mengaktivasi G-kinase yang berperan penting dalam mengatur transport fluida dan elektrolit didalam usus.  Hanya saja, tidak seperti cholera toxin atau heat-labile toxin dari E. Coli, STa terutama menghambat absorpsi NaCl netral dan hanya sedikit menstimulasi sekresi anion aktif.  Sehingga, diare yang disebabkannya tidak separah yang disebabkan oleh cholera toxin (Gambar 4).

B.  MUNTAH

1.  Penyebab Muntah

Muntah adalah aktivitas mengeluarkan isi perut melalui mulut yang disebabkan oleh kerja motorik dari saluran pencernaan. Kemampuan untuk muntah dapat mempermudah pengeluaran toksin dari perut.  Penyebab muntah bisa karena 1). Penyakit infeksi atau radang di saluran pencernaan atau di pusat keseimbangan, 2). Penyakit-penyakit karena gangguan metabolisme seperti kelainan metabolisme karbohidrat (galaktosemia dan sebagainya), kelainan metabolisme asam amino/asam organic (misalnya gangguan siklus urea dan fenilketonuria), 3). Gangguan pada system syaraf (neurologic) bisa karena gangguan pada struktur (misalnya hidrosefalus), adanya infeksi (misalnya meningitis dan ensefalitis), maupun karena keracunan (misalnya keracunan syaraf oleh asiodosis dan hasil samping metabolisme lainnya), juga karena 4).  Kondisi fisiologis misalnya yang terjadi pada anak-anak yang sedang mencari perhatian dari lingkungan sekitarnya dengan mengorek kerongkongan dengan jari telunjuknya.

Gambar 4.  Mekanisme diare oleh heat-stable enterotoxin

Penyakit gastroenteritis akut merupakan penyebab muntah yang paling sering terjadi pada anak-anak.  Pada kondisi ini, muntah biasanya terjadi bersama-sama dengan diare dan rasa sakit pada perut.  Pada umumnya disebabkan oleh virus dan bakteri patogen.  Virus utama penyebab muntah adalah rotavirus, sementara bakteri patogen mencakup Salmonella, Shigella, Campylobacter dan Escherichia coli.

2.  Mekanisme Muntah

Muntah terjadi setelah adanya rangsangan yang diberikan kepada pusat muntah (vomiting center, VC) atau pada zona pemicu kemoreceptor (chemoreceptor trigger zone, CTZ) yang berada di sistim syaraf pusat (central nervous system) seperti dapat dilihat pada Gambar 5. Pusat-pusat koordinasi muntah ini dapat diaktifkan oleh berbagai cara.  Muntah yang terjadi karena stress fisiologis, berlangsung karena adanya sinyal yang dikirimkan melalui lapisan otak luar dan limbic system ke pusat muntah (VC).  Muntah yang berhubungan dengan gerakan terjadi jika VC distimulasi melalui sistim pengaturan otot (vestibular atau vestibulocerebellar system) dari labirin yang terdapat pada telingan bagian dalam.  Sinyal kimia dari aliran darah dan cairan cerebrospinal (jaringan syaraf otak sampai tulang ekor) dideteksi oleh CTZ.  Ujung syaraf dan syaraf-syaraf yang ada didalam saluran pencernaan merupakan penstimulir muntah jika terjadi iritasi saluran pencernaan, kembung dan tertundanya proses pengosongan lambung. 

Gambar 5.  Koordinasi sistim saraf pusat (central nervous system) yang  menyebabkan muntah: LS = limbic system, CTZ = chemoreceptor trigger zone, VC = vomiting center, VIII = vestibular nerve, X = vagus nerve.

Ketika pusat muntah (VC) distimulasi, maka motor dari cascade akan bereaksi menye-babkan muntah. Kontraksi non peristaltic didalam usus halus meningkat, gallbladder berkontraksi dan sebagian isi dari usus dua belas jari masuk kedalam lambung.  Kondisi ini diikuti dengan melambatnya gerakan peristaltik yang akan mendorong masuknya isi usus halus dan sekresi pankreas kedalam lambung dan menekan aktivitas lambung.  Sementara itu, otot-otot pernapasan akan berkontraksi untuk melawan celah suara yang tertutup, sehingga terjadi pembesaran kerongkongan.  Pada saat otot perut (abdominal) berkontraksi, isi lambung akan didorong masuk kedalam kerongkongan.  Relaksasi dari otot-otot perut memungkinkan isi kerongkongan masuk kembali kedalam lambung.  Siklus dari muntah-muntah berlangsung cepat sampai semua isi lambung yang masuk ke kerongkongan dikeluarkan semua.  Pada kondisi muntah juga terjadi peningkatan pro-duksi air ludah, peningkatan kecepatan pernapasan dan detak jantung serta pelebaran pupil mata.

3.  Staphylococcus aureus

Pada kasus keracunan pangan oleh S. aureus, muntah yang terjadi disebabkan oleh tertelannya enterotoksin staphylococcal yang dibentuk oleh bakteri ini.  Staphylococcal yang tertelan, akan berikatan dengan antigen major histocompatability complex (MHC) yang menstimulasi sel T untuk melepaskan cytokine. Sitokin ini selanjutnya akan menstimulasi neuroreseptor yang ada di saluran pencernaan dan rangsangan tersebut akan diteruskan ke sistim syaraf pusat, sehingga memicu pusat muntah (VC) dan mengakibatkan terjadinya muntah.  Enterotoksin staphylococcal sendiri merupakan protein rantai tunggal dengan BM rendah (26-30 kDa) dan titik isoelektrik 5.7 – 8.6 dan bersifat tahan terhadap panas serta aktivitas enzim proteolitik. 

4.  Sindrom Emetik Dari Bacillus cereus

B. cereus menghasilkan toksin cereulide yang memicu muntah (sindrom emetik).  Mekanisme diare disebabkan oleh pengikatan toksin cereulide pada reseptor 5-HT3 yang selanjutnya menstimulasi vagus afferent nerve yang akan mengirimkan rangsangan ke pusat muntah di otak.  Toksin ini merupakan produk metabolit sekunder bakteri yang diproduksi didalam pangan yang dikontaminasinya.  Karakteristik dari toksik ini adalah merupakan peptide siklik, dengan BM 1.2 kDa, tidak bermuatan, tidak memiliki antigen, menyebabkan sindrom emetik, bersifat stabil terhadap panas dan tahan aktivitas enzim proteolitik.

C.  DAFTAR PUSTAKA

Granum, P.E dan T.C. Baird-Parker.  2000. Bacillus species. Didalam The Microbiologycal Safety and Quality of Food (Volume II).  B.M. Lund, T.C. Baird-Parker dan G.W. Gould (ed).  Aspen Publisher, Inc.  Maryland.

Baird-Parker, T.C.  2000.  Staphylococcus aureus.  Didalam The Microbiologycal Safety and Quality of Food (Volume II).  B.M. Lund, T.C. Baird-Parker dan G.W. Gould (ed).  Aspen Publisher, Inc.  Maryland.

Murray, K.F., dan D.L. Christie.  1998.  Vomiting.  Pediatrics in Review Vol. 19 No. 10.  http://pedsinreview.aappublications.org/cgi/reprint/19/10/337 (12-12-2006)

Sanaka, M dan E.E. Soffer.  2004.  Acute Diarrhea. http://www.clevelandclinicmeded. com/DISEASEMANAGEMENT/gastro/diarrhea/diarrhea.htm (12-12-2006)

Anonim.  2000.  Diarrheas Diseases: A Review of Normal Physiology, Pathophysiology, and Approach to Treatment.  http://gi.vghtc.gov.tw/Teaching/Resources.htm (12-12-2006)