PEMODELAN INTERAKSI ANTAR MAKROFAG, SEL T, DAN VIRUS INFLUENZA PADA SIMULATOR SISTEM IMUN MANUSIA (SI_Imun) Oleh R. SINTA DEWI SEKARWATI NIM : 23209314.

Presentasi berjudul: "PEMODELAN INTERAKSI ANTAR MAKROFAG, SEL T, DAN VIRUS INFLUENZA PADA SIMULATOR SISTEM IMUN MANUSIA (SI_Imun) Oleh R. SINTA DEWI SEKARWATI NIM : 23209314."— Transcript presentasi:

1 PEMODELAN INTERAKSI ANTAR MAKROFAG, SEL T, DAN VIRUS INFLUENZA PADA SIMULATOR SISTEM IMUN MANUSIA (SI_Imun) Oleh R. SINTA DEWI SEKARWATI NIM : Teknologi Media Digital dan Game, STEI - ITB

2 Latar Belakang Masalah
- Sistem Imun Manusia, Biologi SMA Kelas 11 IPA Kompetensi dasar: peserta didik dapat menjelaskan proses mekanisme pertahanan tubuh terhadap benda asing, dan memprediksi dampak yang terjadi bila pertahanan tubuh lemah. Materi yang kompleks tentang interaksi antar sel-sel imun dan patogen/benda asing. Diperlukan media pembelajaran dalam bentuk Multimedia-Based Content

3 Latar Belakang Masalah
Simulator interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza. Model matematika: model interaksi mangsa-memangsa. (Kot dikutip J.D. Murray) [18]

4 Penggunaan model interaksi ini dapat ditemukan pada beberapa penelitian yang telah dilakukan yaitu pada [4], [6], [8], [14]. [16], [20], [24], [26], [27].

5 Pemodelan interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza merujuk pada penelitian Roberto-Negron. [16]

6 Adapun model matematika untuk interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza adalah sebagai berikut:

7 Modifikasi Model Roberto-Negron
Sri Umijati tentang keterkaitan masalah gizi dan infeksi: “Buruknya sistem imunitas tubuh berbanding lurus dengan menurunnya fungsi pertahanan pada sistem pencernaan, kulit, serta menurunnya fungsi otot pernafasan.” [13]

8 *Dikomunikasikan dengan ahli imunologi

9 Perhitungan Bobot Nutrisi
Perhitungan bobot nutrisi jenis makanan dengan kadar nutrisi terendah adalah sebagai berikut: Bobot nilai makanan lengkap:

10 Tabel 1. Data bobot nutrisi beberapa jenis makanan sebagai makanan tambahan.
Kadar Nutrisi Bobot Nutrisi Jenis Nutrisi Jus Jeruk (248gr) 29,2 0,138 Nasi (158gr) 49,2 0,232 Sepotong paha ayam goreng (56gr) 21,5 0.1 Cumi goreng (85gr) 28,3 0,133 Susu fullcream (244gr) 27,3 0,128 Kentang goreng (82gr) 30,5 0,143 Cake coklat (28,35gr) 21,2 0,1 Sup ayam+sayuran (dalam 1 hidangan) 49,4 0.233 Mie (45gram) 43,5 0,205 Nasi+sepotong ayam goreng+sup 120,1 0,567 Nasi+cumi goreng+sup+jus jeruk 156,1 0,736 Nasi+sepotong ayam goreng+sup+kentang goreng+susu 177,9 0.839

11 Pemodelan dan simulasi sistem menggunakan MATLAB versi 7.8.0.
Penyelesaian persamaan diferensialnya menggunakan metode integrasi numerik Runge-Kutta orde empat merujuk dari Model Roberto-Negron.[16]

12 Hasil Pengujian Model Roberto-Negron dan Model Termodifikasi
Berdasarkan perhitungan di dalam sistem tentang perubahan jumlah populasi makrofag, sel T, dan virus influenza dengan penambahan asupan nutrisi diperoleh hasil akhir sebagai berikut: Tabel 2. Data hasil simulasi interaksi antar Makrofag, Sel T, dan Virus Influenza setelah 25 hari dengan asupan nutrisi tambahan cake coklat (bobot nutrisi 0,1)

13 Grafik 1. Kondisi perkembangan jumlah populasi Makrofag yang tidak terinfeksi dan tidak aktif sebelum dan sesudah diberi asupan nutrisi tambahan berupa cake coklat dengan bobot nutrisi 0,1 selama 25 hari.

14 Grafik 2. Kondisi perkembangan jumlah populasi virus influenza sebelum dan sesudah diberi asupan nutrisi tambahan berupa cake coklat dengan bobot nutrisi 0,1 selama 25 hari.

15 Tabel 3. Data hasil simulasi interaksi antar Makrofag, Sel T, dan Virus Influenza setelah 25 hari dengan asupan nutrisi tambahan makanan lengkap (bobot nutrisi 0,84)

16 Grafik 3. Kondisi perkembangan jumlah populasi Makrofag yang tidak terinfeksi dan tidak aktif sebelum dan sesudah diberi asupan nutrisi tambahan berupa makanan lengkap dengan bobot nutrisi 0,84 selama 25 hari.

17 Grafik 4. Kondisi perkembangan jumlah populasi virus influenza sebelum dan sesudah diberi asupan nutrisi tambahan berupa makanan lengkap dengan bobot nutrisi 0,84 selama 25 hari.

18 Kesimpulan Simulasi interaksi ini dapat menunjukkan bahwa hasil simulasinya hampir mendekati kondisi sebenarnya di dalam tubuh manusia ketika mendapatkan serangan benda asing/penyakit, misalnya serangan/infeksi dari virus influenza. Perancangan model interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza ini dapat digunakan sebagai model dalam program aplikasi visual simulasi interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza.

19 Aplikasi simulator ini dapat digunakan sebagai media pembelajaran Sistem Imun Manusia, mata pelajaran Biologi untuk peserta didik di tingkat SMA kelas 11 IPA.

20 Saran Beberapa penelitian lanjutan yang mengacu dari hasil penelitian ini sangat diharapkan dapat lebih dikembangkan. Misalnya dalam perancangan model interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza yang dipengaruhi oleh beberapa variabel yang lebih kompleks.

21 TERIMA KASIH

22

23 Sistem Imun pada Manusia
Kathleen A. Ireland, apabila seseorang demam karena terinfeksi penyakit akan meningkatkan metabolisme tubuh, sehingga dapat meningkatkan penggunaan energi. Kecuali, adanya pemberian asupan energi yang berasal dari makanan, maka akan meningkatkan homeostatis yang tidak seimbang.[11] Michael Gleeson, et al., apabila kekurangan energi yang berasal dari makronutrien (protein, karbohidrat, lemak) dan mikronutrien (vitamin dan mineral) dapat menyebabkan berkurangnya kemampuan fagositosit (memakan) makrofag. [9] James Braly: penyakit yang menyerang seseorang akan meningkatkan kebutuhan nutrisi pada tubuhnya. Nutrisi makro dan nutrisi mikro akan dibutuhkan dalam jumlah yang lebih besar selama sakit, karena tubuh membutuhkan energi penunjang untuk mengaktifkan sel-sel imun menghadapi serangan patogen, misalnya virus influenza.[5] Penambahan nutrisi pada tubuh dapat mendukung kesehatan enam sistem organ tubuh manusia yaitu sistem imun/kekebalan tubuh, sistem gerak, sistem pencernaan, sistem saraf, sistem peredaran darah, dan sistem endokrin. Dijelaskan bahwa alergi, infeksi virus, penyakit jantung dan kanker dapat menimbulkan tekanan terhadap sistem imun. Adapun keluhan-keluhan seperti pilek, sakit tenggorokan, dan sakit kepala itu terjadi karena berkaitan dengan kekurangan gizi.[5]

24 Proses serang-menyerang (mangsa-memangsa) antar makrofag, sel T, dan virus influenza yang terjadi di dalam saluran pernapasan atas tubuh manusia tersebut tidak dapat dilihat dengan kasat mata karena merupakan proses yang mikroskopis.[3]

25 Melinda A. Beck tentang hubungan antara pengaruh nutrisi antara tubuh dan virus adalah sebagai berikut: Kecukupan nutrisi dapat mempengaruhi kekebalan tubuh terhadap infeksi virus. Asupan nutrisi yang tidak mencukupi dapat menyebabkan kekebalan menurun sehingga mudah terinfeksi virus. Akibatnya dapat meningkatkan kerentanan tubuh terhadap infeksi virus.[3] Scrimsaw berpendapat bahwa jika tubuh kekurangan nutrisi cukup parah dapat mengganggu resistensi terhadap infeksi.[25]

26 Simulasi dan Pemodelan
Stewart Robinson mendefinisikan bahwa simulasi merupakan suatu eksperimen dengan peniruan yang disederhanakan (pada komputer) pada suatu sistem operasi yang berlangsung melalui waktu, yang bertujuan untuk memberikan pemahaman yang lebih baik dan untuk pemanfaatan sistem tersebut.[21]

27 Susan B. Bastable: “Simulasi adalah metode untuk menciptakan pengalaman buatan atau hipotesis sehingga dengan metode ini peserta didik dapat melakukan kegiatan yang menyerupai kondisi kehidupan nyata tanpa harus menanggung konsekuensi resiko seperti dalam situasi yang aktual. Peserta didik dapat mencoba keterampilan pemecahan masalah, keterampilan psikomotorik, dan berinteraksi satu sama lain.”[2]

28 Teknologi simulasi menyediakan sebuah alat yang memungkinkan peserta didik untuk belajar dengan melakukan dan menjadi peserta aktif dalam proses pembelajaran. Detweiler (2004) menyatakan "peserta didik tumbuh dengan simulasi dan kolaborasi online, dan mereka siap untuk menggunakannya dalam program mereka." Dia lebih jauh menyimpulkan bahwa simulasi dapat jauh lebih efektif daripada metode tradisional pembelajaran ketika mengajar konsep-konsep yang kompleks.[15]

29 Pembelajaran materi Biologi tentang Sistem Imun dapat disimulasikan dengan melalui pendekatan secara matematika dan komputasi. Simulasi ini dibuat untuk membantu proses pemahaman tentang Sistem Imun yang termasuk sulit dan rumit dalam proses pembelajarannya. Oleh karena itu, diperlukan suatu pemodelan untuk merepresentasikan objek atau mekanisme interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza dengan entitasnya yang menggunakan bahasa tertentu dari suatu sistem nyata. Pemodelan pada Simulator Sistem Imun ini merupakan proses yang akan menghasilkan model matematika yang dapat memberikan cara mudah untuk memahami mekanisme interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza.

30 Rujukan Model Interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza
Rancangan simulator ini dibuat untuk mensimulasikan interaksi antar makrofag, sel T, dan virus influenza yang diasumsikan hanya menginfeksi dalam satu waktu tanpa mengalami mutasi. Dalam simulator ini digunakan model matematika berbasis persamaan diferensial. Model yang akan diajukan menggunakan model Roberto-Negron sebagai model dasar. Pada bagian sub bab ini diuraikan model dasar tersebut yang berdasarkan penelitian Roberto-Negron.[16]

31 Rancangan model matematika ini disajikan dengan menggunakan jenis model interaksi mangsa-memangsa.[18] Interaksi yang terjadi merupakan respon sistem imun (makrofag dan sel T) terhadap infeksi virus influenza

32 Model matematika yang digunakan berdasarkan hasil analisis bahwa ada dua kondisi manusia saat terinfeksi virus; kondisi tidak terinfeksi dan kondisi sedang terinfeksi. Model matematika ini mempertimbangkan hubungan antara enam populasi berbeda yang berada di dalam saluran pernapasan atas tanpa menyertakan aspek- aspek lain yang berperan pula dalam menjaga kestabilan homeostasis tubuh manusia, antara lain hormon dan enzim. Adapun keenam populasi tersebut terdiri dari populasi makrofag tidak terinfeksi, makrofag yang tidak aktif dan makrofag yang terinfeksi, populasi sel T yang tidak aktif dan aktif, serta populasi virus influenza yang menginfeksi tubuh. Model matematika ini menjabarkan respon aktifitas makrofag (the macrophage-activating response) dengan sel T aktif mengsekresikan limfokin untuk mengaktifkan makrofag kembali.

33 Enam populasi pada model matematika ini dalam sel/ml adalah sebagai berikut:
M (t) = makrofag tidak terinfeksi dan tidak diaktifkan Mi(t) = makrofag terinfeksi dan tidak diaktifkan Ma(t) = makrofag diaktifkan T (t) = sel T tidak diaktifkan Ta(t) = sel T diaktifkan P (t) = patogen (=virus influenza)