Trauma Laring

Laring memiliki tiga fungsi penting yakni sebagai proteksi jalan nafas, pengaturan pernafasan dan menghasilkan suara. Kerusakan pada laring akibat trauma dapat sangat parah. Untungnya, trauma laring ini sangatlah jarang ditemukan dan hanya ditemukan pada sebagian kecil dari keseluruhan kejadian trauma. Penatalaksanaan yang terstandarisasi telah dikembangkan untuk membantu dalam mengevaluasi dan mengidentifikasi kerusakan yang membutuhkan intervensi bedah. Diagnosis dan perawatan dini sangat penting untuk mencegah kerusakan lebih lanjut termasuk kematian.

Trauma pada laring dapat berupa trauma tumpul atau trauma tajam akibat luka sayat, luka tusuk dan luka tembak. Trauma tumpul pada daerah leher selain dapat merusak struktur laring juga menyebabkan cedera pada jaringan lunak seperti otot, saraf, pembuluh darah, dan seterusnya. Hal ini sering terjadi dalam kehidupan sehari-hari seperti leher terpukul oleh tangkai pompa air, leher membentur dash board dalam kecelakaan mobil, tertendang atau terpukul waktu berolahraga bela diri, berkelahi, dicekik atau usaha bunuh diri dengan menggantung diri (strangulasi) atau seorang pengendara motor terjerat tali yang terentang di jalan (clothesline injury).

Fraktur laring dapat terjadi pada trauma yang mengenai daerah leher dan seringkali menimbulkan obstruksi jalan nafas yang membutuhkan perawatan seumur hidup. Oleh karena itu, pasien-pasien yang diduga mengalami fraktur laring harus diperlakukan sebagai pasien gawat darurat.

Permasalahan

Pasien dengan trauma seringkali datang dengan berbagai kerusakan yang menyulitkan. Terapi yang tepat pada pasien seperti ini haruslah menempatkan keutuhan jalan nafas sebagai prioritas utama. Cedera pada laring dapat bervariasi dari cedera mukosa hingga fraktur dan pecahnya tulang rawan. Berbagai kombinasi cedera sepanjang saluran akan berakibat pada kagawatdaruratan jalan nafas.

Meskipun kemajuan dalam teknik foto radiologi telah menyempurnakan diagnosis, angka kejadian trauma laring yang jarang disertai terbatasnya jumlah spesialis tht yang berpengalaman dengan trauma ini, telah membuat trauma laring menjadi sangat sulit untuk diatasi. Pendekatan trauma laring yang terorganisir dapat mencegah dari kesalahan diagnosis dan penatalaksanaan yang tidak adekuat.

Frekuensi

Trauma laring jarang ditemukan, hanya terdapat 1 dari 137.000 kunjungan pasien, 1 dari 14000-42000 kasus gawat darurat dan kurang dari 1% dari keseluruhan kejadian trauma tumpul. Jarangnya trauma ini ditemukan kemungkinan berkaitan dengan struktur laring yang terlindungi oleh organ di sekitarnya. Misalnya oleh spina servikalis di posterior dan mandibula yang tergantung di superior dan anteriornya serta oleh mekanisme refleks fleksi dari leher. Proteksi laring ini lebih besar lagi pada kanak-kanak dimana laringnya lebih superior dan sifatnya yang masih elastis. Sebagai tambahan, berkurangnya trauma laring pada pengendara kendaraan bermotor oleh karena penggunaan sabuk pengaman dan pengaman berkemudi lainnya.Kurang dari 50 % dari keseluruhan trauma laring diperkirakan adalah hasil dari trauma krikoid.

Wanita cenderung memiliki leher yang lebih panjang dan jenjang, membuat mereka lebih rawan untuk terkena trauma laring., khususnya trauma supraglottik. Namun secara keseluruhan pria lebih sering ditemukan mendapatkan trauma ini (77% vs 23 %), Hal ini dikarenakan aktivitas yang digeluti kaum pria jauh lebih berbahaya seperti olahraga ekstrim dan perkelahian.

Pada kelompok umur yang lebih tua, trauma laring sering berkaitan dengan proses penuaan seperti telah terjadinya kalsifikasi pada tulang-tulang mereka.

Cedera yang paling sering terkait dengan trauma laring adalah cedera intrakrania (13%), cedera leher terbuka (9%), fraktur tulang servikal (8%) dan cedera esofagus (3%).

Etiologi

Ballanger membagi penyebab trauma laring atas :

1. Trauma mekanik eksternal (trauma tumpul, trauma tajam, komplikasi trakeostomi atau krikotirotomi ) dan mekanik internal (akibat tindakan endoskopi, intubasi endotrakea atau pemasangan pipa nasogaster).

2. Trauma akibat luka bakar oleh panas (gas atau cairan yang panas) dan kimia (cairan alcohol, amoniak, natrium hipoklorit dan lisol) yang terhirup.

3. Trauma akibat radiasi pada pemberian radioterapi tumor ganas leher.

4. Trauma otogen akibat pemakaian suara yang berlebihan (vocal abuse), misalnya akibat berteriak, menjerit keras dan bernyanyi dengan suara keras.

Cedera laring secara khusus dapat dikategorikan berdasarkan kausanya, yakni cedera tajam atau tumpul dan kemudian dikategorikan lagi dalam kecepatan tinggi atau kecepatan rendah. Sebagian besar trauma laring adalah akibat dari kecelakaan kendaraan bermotor atau akibat cedera terjerat tali yang terentang di jalan (clothesline injury). Sebagian kecil kasus disebabkan oleh cedera olahraga, korban tindak kejahatan, tergantung, tercekik, menelan benda korosif, inhalasi asap dan kasus-kasus efek samping pengobatan (iatrogenik).

Anatomi

Laring adalah organ khusus yang mempunyai sfingter pelindung pada pintu masuk jalan nafas dan berfungsi dalam pembentukan suara. Di bagian superiornya membuka ke dalam laringofaring, dan di inferiornya bersambung dengan trakea. Kerangka laring dibentuk oleh beberapa tulang rawan (yaitu: hioid, epiglottis, tiroid, aritenoid dan krikoid) yang dihubungkan oleh ligamentum dan digerakkan oleh otot.

Tulang rawan tiroid merupakan tulang rawan terbesar dalam laring. Bentuknya yang seperti perisai memberikan perlindungan terhadap komponen internal dari laring. Kedua sayap quadrilateralnya (lamina dekstra dan sinistra) saling bertemu membentuk tonjolan laring (adam’s apple). Bagian superior dari tonjolannya membetuk takik tiroid. Di bagian bawah, tonjoan laring mebentuk takik tiroid inferior.

anatomi laring

Kornu superior dan inferior berasal dari margin posterior di masing-masing sisi. Kornu yang lebih rendah berartikulasi dengan sisi lateral dari tulang rawan krikoid dan membentuk sendi krikotiroid. Ligamentum tirohyoid tersambung antara kornu superior tiroid dengan kornu besar dari tulang hyoid. Membran tirohyoid membentang diantara tulang hyoid dengan permukaan atas kartilago tiroid. Membran krikotiroid membentang diantara kartilago tiroid dan krikoid. Garis oblique, tempat perlekatan dari sternohyoid, tirohyoid dan muskulus konstriktor faring inferior, berlokasi di permukaan luar dari kartilago tiroid.

Seperti halnya kartilago tiroid, kartilago krikoid juga memproteksi struktur lain dalam laring. Kartilago krikoid merupakan satu-satunya struktur pendukung dari rangka laring yang berbentuk cincin yang utuh. Di bagian depan, kartilago ini membentuk pita yang relatif sempit sementara di bagian belakangnya membentuk lamina yang lebih besar yang tingginya kurang lebih 2-3 cm. Articulatio krikotiroid terjadi antar masing-masing persambungan dari lamina dan arkus. Tanduk inferior dari kartilago tiroid berartikulasi sisi demi sisi dengan kartilago krikoid.

Tulang hyoid menyediakan dukungan tambahan terhadap laring. Membran yang melekat pada tulang hyoid berfungsi mengangkat laring dan mencegahnya dari aspirasi. Korpus anterior dan 2 kornu yang lebih besar mengarah ke posterior sementara 2 kornu yang lebih kecil mengarah ke superior.


Epiglottis bersifat fleksibel, seperti daun, elastis dan memiliki struktur tulang rawan yang meruncing ke bawah membentuk ekstensi yang mirip kapur tulis disebut petiole. Petiole merupakan tempat perlekatan dari ligamen tiroepiglottic yang menghubungkan epiglottis dengan tonjolan laring. Bagian superior dari epiglottis berlokasi di posterior lidah dan di depan aditus laringis dan tidak dilindungi oleh tulang rawan tiroid. Sementara di bagian lateralnya, lipatan ariepiglottik melekatkan epiglottis pada tulang rawan arytenoid. Ligamen hyoepiglottik dan tiroepiglottis membantu menstabilkan tulang rawan epiglottis ini.


Sepasang tulang arytenoid berada di perbatasan supero-posterior dari lamina tulang rawan krikoid. Dasar segitiga dari kartilago arytenoid memiliki 3 permukaan (posterior, anterolateral, medial) untuk tempat melekatnya otot dan ligamen. Otot arytenoid transversal melekat pada permukaan posterior. Ligamen vestibular, dan otot arytenoid serta otot vokalis melekat di permukaan anterolateralnya. Sementara pada permukaan medialnya mengandung kelenjar mukus laring. Dasar dari masing-masing arytenoid juga memiliki prosessus muskular (dimana otot-otot krikooarytenoid posterior dan lateral melekat) dan sebuah prosessus vokalis antero-caudal (dimana ligamen vocalis melekat). Sendi krikoaryteoid berada di dasar dari masing-masing tulang rawan arytenoid.

Kartilago kornikulata (santorini) berlokasi di superior dari kartilago arytenoid. Kartilago kuneiformis (Wrisberg) berlokasi di lateral dan superior dari kartilago kornikulata. Kartilago triticeous berlokasi didalam ligamen tirohyoid.


Membran quadrangular merupakan jaringan elastis yang membentuk ligamen intrinsik dari laring – salah satunya adalah ligamen vokalis. Membran quadrangular melekat di bagian posterior dari arytenoid bagian atas dan kartilago kornikulata. Ia kemudian berjalan ke bagian atas laring ke bagian lateral dari epiglottis. Batas bawah dari membran ini adalah ligamen ventrikular sementara batas atasnya merupakan bagian dari lipatan aryepiglottik.


Membran konus elastikus (membran krikotiroid) menjembatani rongga diantara krikoid dan tiroid. Di bagian belakangnya, konus elastikus melekat pada arytenoid dan prosessus vokalis pada masing-masing sisi. Prosessus vokalis terproyeksi keluar membentuk ligamen vokalis., yang kemudian membentuk komissura anterior. Ligamen ventrikularis melekat pada bagian superior dari tulang arytenoid dan menyeberangi laring untuk melekat pada tulang rawan tiroid sedikit di atas ligamen vokalis. Ligamen ventrikularis membentuk batas bawah dari membran quadrangular dan turut membentul kord ventrikularis.

Batas dari aditus laringis meliputi epiglottis di anterior, kartilago kornikulata di posterior dan lipatan aryepiglottis di lateralnya. Batas bawah dari laring adalah kartilago krikoid. Laring sendiri kemudian dibagi atas regio supraglottis (vestibulus), glottis (ventrikel) dan subglottis.


Supraglottis membentang dari ceruk laryngeal ke lipatan vestibular. Lipatan vestibular (meliputi kord vokalis palsu dan kord vokalis superior) melekat di bagian depan thyroid sedikit di bawah tempat perlekatan epiglottis. Di bagian belakangnya, lipatan ini melekat pada arytenoid. Ventrikel laring (ventrikel Morgagni) merupakan sebuah rongga di antara vestibular dan Plica vokalis sejati. Segmen anterior dari ventrikel ini memanjang hingga ke dalam divertikulum yang disebut sakulus laring atau apendiks ventrikel laring. Kord vokalis sejati berlokasi di bagian inferior dari ventrikel ini.

Daerah di antara korda vokalis sejati di sebut glottis. Glottis merupakan bagian laring yang paling sempit. Celah glottis (rima glottis) merupakan celah yang memisahkan kord vokalis sejati dengan kartilago arytenoid. Daerah subglottis memanjang dari glottis hingga krikoid. Konus elastik membentuk batas lateral dari subglottis.


Kord vokalis sejati terutama terdiri dari otot-otot tiroarytenoid yang menghubungkan arytenoid dengan bagian dalam dari kartilago tiroid. Masing-masing otot ini berjalan paralel. Bagian medialnya disebut otot vokalis dan bagian lateralnya memanjang ke superior dan masuk ke dalam tiroid.


Otot-otot krikoarytenoid sangat penting untuk fungsi laring yang sempurna. Otot krikoarytenoid lateral membentang dari prosesus muskularis dari arytenoid ke bagian superolateral dari krikoid. Sementara otot krikoarytenoid posterior membentang dari prosessus muskularis arytenoid ke bagian posterior krikoid. Otot-otot ini merupakan satu-satunya yang dapat mengabduksi kord vokalis.

Otot-otot di interarytenoid melekatkan satu arytenoid dengan lainnya. Krikoaritenoid lateral dan interarytenoid memediasi adduksi dari kord vokalis. Otot interarytenoid merupakan satu-satunya kelompok otot yang memiliki inervasi bilateral dari nervus laring rekurren. Nervus ini menginervasi seluruh otot intrinsik lainnya. Otot krikotiroid merupakan satu-satunya otot yang di persarafi oleh cabang eksternal dari nervus laring superior( cabang kranial dari nervus X ). Otot ini berasal dari bagian bawah kartilago tiroid dan berorigo di kartilago krikoid.

Persarafan dan pembuluh darah

Nervus vagus merupakan saraf sensori utama dari laring. Cabang laring internal dari nervus laring superior (cabang n.vagus) merupakan saraf sensoris untuk bagian di atas kord vokalis, termasuk indera perasa (taste buds). Nervus laring rekurren merupakan saraf sensoris untuk bagian di bawah kord vokalis dan mempersarafi seluruh otot-otot laring intrinsik. Sementara otot-otot ekstrinsik (krikotiroideus) dipersarafi oleh cabang dari nervus laring superior.


Pembuluh darah yang memasuki laring berjalan paralel dengan serabut saraf dan terutama terdiri atas arteri laring superior (cabang dari arteri tiroid superior) dan arteri laring inferior yang merupakan cabang dari arteri tiroid inferior. Cabang krikotiroid dari arteri tiroid superior juga turut mensuplai laring. Vena laring superior dan inferior merupakan vena dari laring. Vena-vena ini adalah cabang dari vena tiroid superior dan inferior.


Patofisiologi


Mekanisme dari cedera yang timbul adalah refleksi dari jenis penyebabnya. Pada setiap cedera yang timbul akibat trauma laring seringkali disertai kelainan pada tulang, secara khusus, dapat terjadi dislokasi krikotiroid dan krikoaritenoid.

Keterangan : pada saat rem mendadak dan tanpa sabuk pengaman, tubuh supir terdorong ke depan dan membentur stir, menyebabkan laring terjepit antara stir dan vertebra servikalis

Trauma laring akibat kecelakaan bermotor dapat terjadi pada penumpang yang tidak mengenakan sabuk pengaman ketika lehernya menimpa setir atau dashboard pada saat kendaraan di rem dengan mendadak. Kekuatan dari arah depan akan mendorong laring ke arah vertebra servikalis dan menyebabkan cedera.


Cedera akibat terjerat tali yang terentang (clothesline injuries) terjadi ketika seseorang yang bergerak menerjang sebuah objek terentang yang diam. Hasilnya adalah cedera yang serius akibat laring yang terdorong ke arah spina servikalis.


Secara umum pada semua mekanisme kasus trauma laring adalah adanya transfer langsung dari tenaga eksternal yang besar kepada laring. Tenaga besar ini memiliki kemampuan untuk menyebabkan berbagai cedera yang hebat termasuk robekan mukosa, dislokasi dan fraktur. Edema, hematoma, nekrosis kartilago, perubahan suara, paralisis saraf, aspirasi dan gangguan jalan nafas dapat menyertai trauma ini.


Cedera laring dapet bervariasi sesuai dengan letak anatomisnya :


* Supraglottis: Tenaga yang menimbulkan trauma seringkali menyebabkan fraktur horisontal pada alae tiroid dan disrupsi ligamentum hyoepiglottik yang disusul terjadinya dislokasi ke arah superior dan posterior. Reposisi dari epiglottis akan menghasilkan lumen palsu di depan epiglottis. Lumen palsu ini dapat menjadi saluran ke dalam laring atau terus ke depan ke arah kartilago tiroid dan menyebabkan emfisema servikal.

* Glottis: Kekuatan trauma akan menyebabkan fraktur berbentuk salib pada kartilago thyroid di dekat perlekatannya dengan kantung suara.

* Subglottis: Kekuatan trauma terhadap kartilago krikoid akan menyebabkan cedera pada sendi krikothyroid dan berakibat pada paralisis kantung suara akibat kerusakan nervus laring rekuren.

* Tulang Hyoid : Lebih sering ditemukan pada wanita dan fraktur hyoid cenderung terjadi pada bagian sentral dari tulang hyoid oleh karena sifat kekuatan tulangnya.

* Sendi Cricoarytenoid: Kekuatan traumatik akan menyebabkan dislokasi dari alae tiroid secara medial atau menyebabkan kompresi laring terhadap vertebra servikalis seringkali juga menyebabkan dislokasi krikoaritenoid. Cedera yang terjadi biasanya unilateral.

* Sendi krikotiroid : Gangguan terjadi ketika kekuatan traumatik pada leher depan menyebabkan kornu inferior dari kartilago tiroid tergeser ke belakang ke arah kartilago krikoid. Dislokasi ini menyebabkan terbatasnya fungsi otot krikotiroid dan mengganggu kontrol nada (pitch control). 

Cedera pada saraf-saraf laring yang berulang pada akhirnya akan menyebabkan paralisis pita suara.

Selalulah menduga akan adanya cedera jalan nafas atas pada setiap pasien dengan trauma servikal. Gejala-gejala yang sering muncul pada pasien trauma laring termasuk diantaranya nyeri leher, suara parau, dispnea, disfonia, afonia, odinofonia, dan odinofagia. Namun, tidak ada satu gejalapun yang berkorelasi dengan baik dengan beratnya cedera laring yang terjadi.


Pemeriksaan fisis lengkap adalah vital untuk menentukan penatalaksanaan yang tepat dari trauma laring. Sebelum melanjutkan ke area lain dari pemeriksaan fisis yang dilakukan, spina servikalis harus dipastikan tidak mengalami cedera. 

Beberapa tanda-tanda umum dari trauma laring adalah emfisema subkutan, stridor, hemoptisis, hematoma, ekimosis, kekakuan laring, imobilitas pita suara, hilangnya lapang pandang anatomis dan krepitus tulang. Patut dicurgai adanya fraktur akut jika kekakuan didapatkan pada palpasi laring. Periksa obstruksi jalan nafas bila terdapat stridor. Pemeriksaan lebih lanjut pada glottis diperlukan bila terdapat kombinasi stridor inspiratoar dan ekspiratoar sekaligus. 


Trauma akibat inhalasi biasanya disebabkan oleh udara yang sangat panas, terutama uap panas, yang mampu membawa serta tenaga panas bersamanya. Ketika menghisap udara yang panas, glottis secara refleks akan menutup. Hal ini akan mengurangi cedera yang disebabkan oleh panas dengan cara menghentikan pernafasan, dan membuat cedera terbatas hanya sampai di daerah supraglottis saja.


Cedera yang disebabkan oleh bahan-bahan kaustik seringkali didapatkan pada kelompok usia kanak-kanak dan biasanya akibat kecerobohan mereka dalam menggunakan benda-benda berbahaya di rumah sebagai alat permainan. Bila didapatkan pada usia dewasa, biasanya ditemukan pada kasus-kasus percobaan bunuh diri dengan menelan larutan alkali ataupun hidrokarbon.


Gejala Klinik


Pasien trauma laring sebaiknya dirawat untuk observasi dalam 24 jam pertama. Timbulnya gejala stridor yang perlahan-lahan makin menghebat atau timbul mendadak merupakan tanda adanya sumbatan jalan nafas.


Suara serak (disfoni) atau suara hilang (afoni) timbul bila terdapat kelainan pada pita suara akibat trauma seperti edema , hematoma, laserasi atau parese pita suara. Stridor juga mungkin akan ditemukan.


Emfisema subkutis terjadi bila ada robekan mukosa laring atau trakea atau fraktur tulang-tulang rawan laring hingga mengakibatkan udara pernafasan akan keluar dan masuk ke jaringan subkutis leher. Emfisema leher dapat meluas sampai ke daerah muka, dada dan abdomen dan pada perabaan terasa sebagai krepitasi kulit.


Hemoptisis terjadi akibat laserasi mukosa jalan nafas dan bila jumlahnya banyak dapat menyumbat jalan nafas. Perdarahan ini biasanya terjadi akibat luka tusuk,luka sayat, luka tembak maupun luka tumpul.


Disfagia (sulit menelan) dan odinofagia (nyeri menelan) dapat timbul akibat ikut bergeraknya laring yang mengalami cedera pada saat menelan.

Trauma laring eksternal dibagi ke dalam 5 grup . sebagai berikut : 


Grup I:

Trauma endolaringeal ringan tanpa fraktur.

Grup II:

Edema sedang, hematoma dengan laserasi mukosa, tidak ada ekspose tulang rawan, fraktur nondislokasi.

Grup III

Edema berat, robekan mukosa dengan ekspose tulang rawan, disertai kord vokalis yang immobile.

Grup IV

sama dengan derajat 3 ditambah perlukaan berat endolaringeal disertai bentuk laring yang tidak beraturan.

Grup V

Terputusnya laringotrakeal komplit.


Pemeriksaan Penunjang

* Protokol trauma umum (Advanced Trauma Life Support [ATLS]) diindakasikan untuk menilai pasien yang cedera parah. Jalan nafas mesti dibersihkan dan sistem organ yang lain ( jantung, paru, vaskular) juga harus distabilisasi. Sebelum melakukan pemeriksaan lebih lanjut, cedera yang mengancam jiwa, seperti cedera vaskular dan perdarahan, harus diatasi terlebih dahulu.

* Secara umum, pada fraktur laring, foto servikal dan thoraks harus diambil terlebih dahulu untuk menyingkirkan trauma servikal.

* Fraktur laring biasanya telah dapat dicurigai berdasarkan gejala dan pemeriksaan fisis saja,namun visualisasi langsung dari laring sangatlah penting untuk menentukan lokasi dan luasnya cedera. Endoskopi merupakan pilihan utama untuk maksud ini. Dengan endoskopi, berbagai kelainan seperti edema, hematoma, robekan mukosa, kartilago yang terpapar, lebam dan paralisis kord vokal,serta dislokasi arytenoid dapat diperiksa dengan endoskopi. Prosedur pilihan endoskopi yang terbaik digunakan adalah Transnasal fiberoptic laryngoscopy dimana dengan prosedur ini dapat menilai jalan nafas dalam kondisi dinamik dan mengidentifikasi berbagai kelainan. Sementara itu, laringoskopi indirek dapat membantu melihat keadaan mukosa yang abnormal, kartilago yang fraktur ataupun dislokasi arytenoid. Namun pada pasien yang cedera berat sebaiknya laringoskopi indirek tidak dilakukan karena dapat menyumbat pernafasan dan memicu batuk .

* Bila penyebab dari cedera laring belum jelas, pemeriksaan histologi dan membantu menentukan penyebab cedera dan mendeteksi kelainan makroskopik lainnya. 


Radiologi


CT scan merupakan pemeriksaan radiologi pilihan utama untuk memeriksa trauma laring.


o CT scan dapat membantu mendeteksi fraktur laring pada pasien yang datang tanpa keluhan dan gejala klinis. Namun, pada pasien dengan cedera ringan dan gejala yang minim (misalnya edema, ekimosis dan hematoma), CT scan tidak membantu memberikan informasi tambahan yang dapat merubah terapi. Sama halnya pada pasien yang datang dengan gangguan nafas dan secara klinik membutuhkan pembedahan yang agresif, tidak memerlukan CT Scan untuk menegakkan diagnosisnya.


o Dengan penggunaan yang bijaksana, informasi yang diperoleh dari CT Scan dapat menuntun kepada terapi yang tepat dan mencegah dari tindakan eksplorasi bedah yang tidak perlu. CT Scan haruslah dimaksudkan untuk menentukan jenis terapi yang tepat dan bukan untuk memastikan cedera yang telah diperiksa sebelumnya.


o Teknik pencitraan CT Scan yang terus berkembang hingga bisa memproduksi gambar 3 dimensi akan sangat bermanfaat untuk menegakkan diagnosis fraktur laring di saat modalitas lain seperti MRI, fibroskopi dan CT scan konvensional tidak mampu mendeteksinya.


* MRI jarang dipergunakan dalam mendeteksi trauma laring oleh karena tidak praktis dan tidak dapat mengambarkan struktur skeletal dengan baik.


Prosedur diagnostik lainnya

* Prosedur di bawah ini digunakan untuk mengevaluasi pasien yang dicurigai trauma laring.

o Fiberoptik nasofaringoskopi.
o Direct laringoskopi.
o Bronkoskopi.
o Esofagoskopi.

 
Penatalaksanaan

 
A. Terapi Medis

Untuk gejala yang ringan dimana edema, hematoma, ataupun robekan mukosa yang kecil (tidak signifikan) ditemukan tanpa adanya cidera lain yang serius, terapi konservatif saja sudah cukup memadai. Robekan mukosa yang kurang dari 2 cm dapat diterapi efekif tanpa perlu dibedah. Tujuan utama dari terapi konservatif adalah untuk mengembalikan fungsi laring pasien ke keadaan awal sebelum trauma yakni sebgai ventilasi, pembentukan suara dan proteksi saluran nafas. Cedera laring ringan tidak membutuhkan trakeostomi, namun observasi ketat dalam 24-48 jam setelah cedera terjadi, tetap harus dilakukan.


Bed rest sangat dianjurkan dengan elevasi kepala 30-45˚. Demikian juga dengan kantung suara di anjurkan untuk diistirahatkan untuk mengurangi edema, pembentukan hematoma dan emfisema subkutan. Udara yang dilembabkan akan membantu mengurangi pembentukan krusta dan mempercepat berakhirnya disfungsi silier. Oksigen tambahan seringkali tidak diperlukan dan bahkan bisa membahayakan pada beberapa pasien yang disertai PPOK.


Pada tahap awal hindari pemberian makan secara oral melainkan cukup parenteral saja yang perlahan-lahan diikuti makanan cair per oral. Diet disesuaikan dengan derajat parahnya trauma. Hindari penggunaan tuba nasogastrik karena akan memperparah cedera laring ketika tuba dipasang.


Penggunaan kortikosteroid masih kontroversial, sebagian ahli THT percaya kortikosteroid akan mengurangi inflamasi, edem dan fibrosis serta mencegah pembentukan jaringan granulasi. Kortikosteroid sistemik sangat menolong hanya pada beberapa hari pertama saja setelah trauma terjadi.


Penggunaan antibiotik tidak begitu penting pada trauma ringan dimana fraktur kartilago dan robekan mukosa tidak dapat diidentifikasi. Namun, begitu robekan mukosa dapat divisualisasi, antibiotik sistemik harus digunakan untuk mengurangi resiko infeksi lokal dan perikondritis yang bisa memperlambat penyembuhan dan menyebabkan stenosis jalan nafas.


Penggunaan obat-obatan anti refluks sepeti antagonis reseptor H-2 dan PPI, dapat membantu mengurangi jaringan granulasi dan stenosis trakea.

 
B. Terapi Bedah

Informasi yang diperoleh melalui anamnese, pemeriksaan fisis, prosedur endoskopik dan radiologi memberikan bantuan yang sangat penting dalam merencanakan sebuah eksplorasi daerah leher. Bila jalan nafas mengalami sumbatan, trakeostomi harus dilakukan dalam keadaan pasien sadar dan menggunakan anastesi lokal dengan efek sedasi ringan. Biasanya, insisi trakeal dibuat pada posisi di bawah trakeostomi standar. Insisi di bawah cincin ketiga dan keempat lebih disukai untuk menolong pasien dengan trauma laring. Karena pada posisi ini, membantu mencegah trauma lebih lanjut yang mungkin mengenai laring.


Eksplorasi dimulai dengan insisi horizontal pada lipatan kulit setinggi membran krikotiroid. Sebuah flap subplatisma kemudian diangkat ke arah tulang hyoid di superior dan ke krikoid di inferior. Perluasan dari insisi akan membantu memperlihatkan cedera pada saraf, vaskular dan organ isceral. Otot-otot dipisahkan di miline dan retraksi ke lateral agar tulang dapat di lihat dengan baik. Pada titik ini, dapat di identifikasi dan dibuang jaringan sisa fraktur pada kartilago laring yang terlihat.


Laring dapat dimasuki tergantung dari lokasi cederanya. Bisa dengan midline tirotomi, ataukah melalui kartilago tiroid yakni 2-3 mm dari takik tiroid. Bila kartilago tiroid telah terbuka, mukosa endolaring kemudian dipotong tajam. Pemeriksaan endolaring kemudian dapat dilakukan secara menyeluruh. Aritenoid dipalpasi untuk mengevaluasi posisi dan mobilitasnya. Kord vokalis di perbaiki menggunakan benang absorbable 5-0 atau 6-0. Menyambung kembali kommissura anterior sangat penting untuk mengembalikan kualitas suara.


Perhatian yang seksama harus dicurahkan untuk mengidentifikasi dan memperbaiki laserasi mukosa. Kartilago yang terbuka harus ditutup untuk meminimalisir fibrosis dan mencegah jaringan granulasi. Bila tidak dapat ditutup, maka dapat dipergunakan kulit atau membran mukosa sebagai graft.

Fraktur kartilago harus dikurangi dan dimobilisasi. Bila terdapat fraktur kartilago yang terisolasi dan tidak memiliki perikondrium harus segera di debridemen untuk menghindari kondritis dan disfungsi kord vokalis.


Secara tradisional, benang kawat telah digunakan untuk immobilisasi dan mengurangi fraktur pada kartilago.


Namun saat ini kebanyakan ahli bedah lebih memilih menggunakan miniplate dari logam untuk memperbaiki fraktur pada kartilago laring. Miniplate ini terbukti efektif untuk menstabilisasi arsitektur laring dan membantu mengembalikan bentuk laring seperti sedia kala. Miniplate juga mengurangi masa rawat inap, dan lebih nyaman bagi pasien. Apalagi kini telah tersedia plate yang terbuat dari bahan yang dapat diabsorbsi sehingga akan jauh lebih nyaman bagi pasien. 

 
Penatalaksanaan macam-macam luka


1. Luka terbuka

Luka terbuka dapat disebabkan oleh trauma pada leher setinggi laring, misalnya oleh clurit, pisau dan peluru. Kadang-kadang pasien dengan luka terbuka pada laring meninggal sebelum mendapat pertolongan, oleh karena perdarahan atau terjadinya asfiksia.


Diagnosis luka terbuka di laring dapat dapat ditegakkan berdasarkan adanya gelembung-gelembung udara pada daerah luka, oleh karena udara yang keluar dari trakea.


Penatalaksanaan luka terbuka pada laring terutama ditujukan pada perbaikan saluran nafas dan mencegah aspirasi darah ke daerah paru.


Tindakan segera yang harus dilakukan adalah trakeostomi dengan menggunakan kanul trakea yang memakai balon, sehingga tak terjadi aspirasi darah. Tindakan intubasi endotrakea tidak dianjurkan karena dapat menyebabkan kerusakan struktur laring yang lebih parah. Setelah trakeostomi barulah dilakukan eksplorasi untuk mencari dan mengikat pmbuluh darah yang cedera serta memperbaiki struktur laring dengan menjahit mukosa dan tulang rawan yang robek.


Untuk mencegah infeksi dan tetanus dapat diberikan antibiotik serum anti tetanus. Komplikasi yang dapat timbul adalah aspirasi darah, paralisis pita suara dan stenosis laring.


2. Luka tertutup (closed injury)


Gejala luka tertutup tergantung pada berat ringannnya trauma. Pada truma ringan gejalanya dapat berupa nyeri pada waktu menelan, waktu batuk dan waktu bicara. Disamping itu mungkin terdapat disfonia, tetapi belum terdapat sesak nafas.


Pada trauma berat dapat terjadi fraktur dan dislokasi tulang rawan serta laserasi mukosa laring. Sehingga menyebabkan gejala sumbatan jalan nafas ( stridor dan dispnea), disfonia atau afonia, hemoptisis, hematemesis, disfagia, odinofagia, serta emfisema yang ditemukan di daerah leher, muka, dada dan mediastinum.


Berbeda dengan luka terbuka, diagnosis luka tertutup pada laring lebih sulit. Diagnosis ini penting untuk menentukan sikap selanjutnya, apakah perlu segera dilakukan eksplorasi atau cukup dengan pengobatan konservatif dan observasi saja.


Kebanyakan pasien trauma laring juga mengalami trauma pada kepala dan dada, sehingga pasien biasanya dirawat di ruang perawatan intensif dalam keadaan tidak sadar dan sesak nafas. Tindakan trakeostomi untuk mengatasi sumbatan jalan nafas tanpa memikirkan penatalaksanaan selanjutnya akan menimbulkan masalah di kemudian hari yaitu kesukaran dekanulasi.


Olson berpendapat bahwa eksplorasi harus dilakukan dalam waktu paling lama 1 minggu setelah trauma. Eksplorasi yang dilakukan setlah lewat seminggu akan memberikan hasil yang kurang baik dan menimbulkan komplikasi di kemudian hari.


Keputusan untuk menentukan sikap apakah akan melakukan eksplorasi atau konservatif, tergantung pada hasil pemeriksaan laringoskopi langsung atau tidak langsung, foto jaringan lunak leher, foto toraks dan CT Scan.


Pada umumnya pengobatan konservatif dengan istirahat suara, humidifikasi dan pemberian kortikosteroid diberikan pada keadaan mukosa laring yang edema, hematoma atau laserasi ringan, tanpa adanya gejala sumbatan laring.


Indikasi untuk melakukan eksplorasi ialah :

a. Sumbatan jalan nafas yang memerlukan trakeostomi.

b. Emfisema subkutis yang progresif.

c. Laserasi mukosa yang luas.

d. Tulang rawan krikoid yang terbuka.

e. Paralisis bilateral pita suara.


Eksplorasi laring dapat dicapai dengan membuat insisi kulit horizontal. Tujuannya adalah untuk melakukan reposisi pada tulang rawan atau sendi yang mengalami fraktur atau dislokasi, menjahit mukosa yang robek dan menutup tulang rawan yang terbuka dengan jabir (flap) atau tandur alih (graft) kulit.


Untuk menyangga lumen laring dapat digunakan bidai (stent) atau mold dari silastik, porteks, atau silicon, yang dipertahankan selama 4 atau 6 minggu. Penyangga tersebut bisanya berbentuk seperti huruf T sehingga disebut T tube.


Komplikasi


Komplikasi trauma laring dapat terjadi apabila penatalaksanaannya kurang tepat dan cepat. Komplikasi yang dapat timbul antara lain : terbentuknya jaringan parut dan terjadinya stenosis laring, paralisis nervus rekuren, infeksi luka dengan akibat terjadinya perikondritis, jaringan parut dan stenosis laring dan trakea.


Secara garis besarnya, komplikasi yang mungkin terjadi :

* Akut

o Obstruksi jalan nafas
o Afonia
o Disfonia
o Odinofagia
o Disfagia
o Komplikasi post operasi ( hematoma, infeksi)


* Kronik

o Perubahan suara (21-25%)
o Obstruksi kronik (15-17%)
o Cedera kord vokalis (paralisis, terfiksasi)
o Fistula (trakeoesofageal, esofageal, atau faringokutaneous)
o Perubahan kosmetik
o Aspirasi kronik


Prognosis


Sebagian besar trauma laring dapat sembuh secara spontan dan tidak memerlukan perhatian lebih lanjut. Oleh karena berbagai faktor yang dapat memicu cedera ini telah dikurangi maka , derajat dan insidens komplikasinya dapat pula diminimalisir.


Trauma tajam laring diasosiasikan dengan 3-6 % angka kematian. Berbagai teknik penatalaksanaan yang strategis terus dikembangkan untuk trauma laring jenis ini.


Pasien dengan derajat trauma laring yang berada di grup I dan II sebagian besar sembuh sempurna meski demikian beberapa yang lebih parah (misalnya yang disertai dislokasi kartilago ataupun cedera saraf), memiliki prognosis yang buruk.

Abscisic Acid

During the 1960s, two independent groups identified a compound active in the initiation of bud dormancy in sycamore and cotton boll abscission, naming it dormin and abscisin II, respectively.
Following its purification from cotton fruits, the chemical structure of this compound was determined in 1965 and it was renamed abscisic acid (ABA).

Shortly after this, it was discovered that ABA levels increase considerably when plants wilt and that ABA causes stomatal closure. These two discoveries highlighted the importance of ABA in mediating responses of vegetative tissues to environmental stresses such as drought, high salinity,and low temperature.

ABA is also required for the accumulation of seed nutrient reserves, the acquisition of desiccation tolerance, and the arrest of embryonic development during seed maturation. Despite its name, ABA is not a major regulator of absicission, which is primarily controlled by ethylene.

STRUCTURE AND OCCURRENCE

Like all hormones, ABA responses depend not only on the sensitivity of the tissue to ABA, but also on local ABA concentration. This is regulated by the biosynthesis, degradation, inactivation, transport, and subcellular compartmentation of the hormone.

A. STRUCTURE

The 15 carbon atoms of the sesquiterpene ABA configure an aliphatic ring with one double bond, three methyl groups, and an unsaturated chain containing the carboxyl group (Fig. 1).
The cis and trans isomers differ in the orientation of the carboxyl group, and the asymmetric carbon at the 1’ position of the ring distinguishes between the S(+) and R(-) enantiomers.

The different forms of ABA occur in different proportions in plants and can have different activities. The S-cis form is the most abundant naturally occurring form and is the active form in fast responses such as stomatal closure. Both enantiomers are active in long-term responses such as changes in gene expression and protein synthesis. In contrast to the cis-trans isomers, the S and R forms cannot be interconverted in planta.

The exact ABA chemical structure is essential for its physiological activity, and the loss of a carboxyl group, a tertiary hydroxyl group, a 2-cis 4-trans-pentadienoic side chain, a 4'-ketone, or a double bond in the cyclohexane ring greatly reduces activity.

B. OCURRENCE

ABA is widespread in vascular plants, occurring in mosses, ferns, liverworts (where a similar compound, lunaric acid, plays a similar role), and all algal classes, including photosynthetic prokaryotes such as cyanobacteria.

Some pathogenic fungi make ABA, but the biosynthetic pathway appears to be quite different from that of higher plants. ABA is also reported to occur in the mammalian brain, although its role there is not known.

SYNTHESIS

The endogenous ABA concentration can rise and fall dramatically in response to environmental or developmental cues. It appears that ABA is synthesized in almost all cells containing chloroplasts or amyloplasts (i.e., plastids), but the regulatory controls appear to differ between tissues.

Not only do absolute ABA concentrations increase dramatically during embryogenesis, but the ABA content of leaves and roots increases 10- to 50-fold when water potentials fall below - 1.0 MPa (approximately - 10.0 bar).

The concentration of ABA in the xylem sap of well-watered plants is 1.0–15.0 nM and can increase to 3.0 μM after water stress. The main rise in ABA caused by water loss occurs some 2–3 hour after the onset of wilting The ability of cycloheximide to block this process indicates a requirement for de novo protein synthesis and thus implicates an up-regu- lation of ABA biosynthesis in stressed tissues.

The plant ABA biosynthetic pathway represents a minor branch of the carotenoid pathway and begins in plastids. In contrast with isoprene biosynthesis in animal cells, the main precursor of ABA, isopentenyl diphosphate (IPP), is generated by the methyl erythritol phosphate pathway and not from mevalo- nic acid.

Eight IPP residues are combined to form geranylgeranyl diphosphate, the precursor for the biosynthesis of the C40 compound b-carotene. Both rings of b-carotene are hydroxylated to form the xanthophyll zeaxanthin, which can be regarded as the first intermediate in ABA synthesis (Fig. 2).

The role of xanthophylls as intermediates in ABA biosynthesis is supported by the reduced ABA content of maize vp (viviparous) mutants that are blocked in early steps of carotenoid synthesis.

Zeaxanthin is then oxidized to antheraxanthine and to all-trans-violaxanthin by zeaxanthin epoxidase (ZEP), which is absent in the Nicotiana plumbaginifolia aba2 mutant.

ZEP contains a putative N-terminal transit sequence for targeting to chloroplasts. ABA2/ZEP expression is detected in stems, leaves, roots, and seeds and it is strongly induced by drought stress in roots but not leaves.

The oxidative cleavage of the 9-cis-epoxycarote- noid precursor generates the 15C skeleton of ABA.
The maize vp14 mutant is deficient in the chloroplas- tic 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (NCED) responsible for the cleavage of the 9-cis-isomers, but not the all-trans-isomers, to xanthoxin.

Therefore, the precise order of isomerization-type reactions remains uncertain. The gene is expressed constitutively in embryos and roots and in contrast with ABA2/ZEP transcripts, NCED transcripts accumu- late to high levels in water-stressed leaves. Thus, ABA accumulation in wilted leaves is primarily regulated at the level of plastidic xanthoxin production, which appears to be rate-limiting in ABA biosynthesis.

Transgenic experiments indicated that ZEP is primarily involved in the regulation of ABA synthesis during seed development. The final steps are not yet completely defined. Xanthoxin is converted to ABA in the cytosol via either AB-aldehyde or xanthoxic acid. Genetic evidence suggests that xanthoxin is first oxidized to AB-aldehyde, although the involvement of xanthoxic acid as a precursor has not been completely eliminated.

Arabidopsis thaliana aba3 and tomato flacca and sitiens mutants are defective in the last oxidation step and are thus unable to oxidize AB-aldehyde to ABA. This last step involves an enzyme that requires a molybdenum cofactor. Arabidopsis aba3 and N. plumbaginifolia aba1 mutants cannot produce the functional molybdate cofactor required by AB-aldehyde oxidase (AO).

This last enzyme of ABA synthesis is not highly substrate-specific and interest- ingly, AO can also catalyze synthesis of another plant growth regulator, the auxin indole-3-acetic acid. In Arabidopsis, a multigene family comprising at least four members encodes AO, only one of which appears to act specifically in ABA synthesis.

Alternative Pathways

Although ABA2 is a single copygene,the ABA content of the N. plumbaginifolia aba2 null mutant is 23–48% that of the wildtype (WT). Moreover, ABA is present in tomato flacca and sitiens mutants that lack an effective AO. These results suggest either that there is more than one biosynthetic pathway or that there is some redundancy in part of the primary biosynthetic pathway.

The2-trans-ABA-alcohol accumulated during water stress in flacca and sitiens mutants could be formed via a P450 mono-oxygenase able to add a second oxygen atom to the C1 position and can be further slowly converted to ABA.

This reaction may also occur to a small extent in WT plants. Unlike plants,fungi are able to synthesize ABA directly from the 15C compound farnesyl pyrophosphate.

DEGRADATION

After wilted leaves regain turgor, ABA can be inactivated by oxidation to phaseic acid and dihy- drophaseic acid or by conjugation to glucose to form a glucose ester. In the first case, catabolic inactivation proceeds via hydroxylation at the 8 0 position to form an unstable intermediate that subsequently forms phaseic acid. 

The ABA-8 0 -hydroxylase considered as the pivotal enzyme in ABA degradation is a mem- brane-associated cytochrome P450 mono-oxygenase. It is expressed at high levels in plant tissues recovering from hyperosmotic stresses.

Although phaseic acid is still able to trigger stomatal closure in some species, its activity is much weaker than that of ABA. In contrast, dihydrophaseic acid, which is the reduced form of phaseic acid, has no detectable activity.

Conjugation of ABA to glucose not only renders ABA inactive but also changes its distribution in the cell. Whereas free ABA is mainly cytosolic, ABA-b- D - glycosyl ester accumulates in vacuoles and could be a storage form of the hormone. Until now, neither the enzymes involved in ABA catabolism nor the genes that encode them have been isolated.

TRANSPORT

ABA is secreted by cells into the apoplast (i.e., intercellular space) and is easily transported in both xylem and phloem sap to most plant parts, especially stems, leaves, roots, and ripening fruits. Since roots are the primary sites of perception of water deficit, ABA synthesized in roots can be transported to shoot tissues via the transpiration stream, where it triggers stomatal closure to reduce water loss from leaves.

Within leaves,ABA is redistributed as a function of pH. In a well-watered plant, the xylem sap is more acidic (approximately pH 6.3) and ABA occurs in its protonated form (ABAH). During drought stress, the sap becomes slightly alkaline (approximately pH 7.2), favoring the deprotonation of ABAH to ABA. As a result, less ABA is taken up by mesophyll cells and more is diverted to guard cells. Therefore, even though absolute ABA levels may not change, the pH-dependent redistribution of root-derived ABA to guard cells can induce stomatal closure. 

A similar redistribution may exist within cells. When photosynthesis is active, the pH of the chloroplast stroma increases as protons are pumped into the thylakoid lumen. A prevalence of deproto- nated ABA limits its ability to cross the chloroplast membrane, causing the accumulation of ABA in the stroma.

During drought stress, photosynthetic rates decrease. The resulting drop in stromal pH increases levels of ABAH, which can traverse membranes and be released for transport to guard cells.

ROLES OF ABA

ABA is unquestionably involved in a plant’s response to stress and in the initiation and maintenance of seed dormancy. However, it also influences many other aspects of plant physiology, often by interacting synergistically/antagonistically with hormones such as ethylene, gibberellins, cytokinins, auxin, jasmonic acid, and brassinosteroids or by modulating meta- bolic sensing pathways such as those monitoring cellular sugar status.

A. ABA Triggers Stomatal Closure

During Water Stress Stomata are pores, found on the aerial surfaces of plants, that allow CO 2 uptake for photosynthesis and at the same time the loss of water, which drives the transpiration stream. Stomatal pore diameter is regulated by turgor changes of the two surrounding guard cells. Unlike most other cells in higher-plant tissues, the absence of plasmodesmata in mature guard cells renders them independent of surrounding cells and enables them to respond autonomously to stimuli such as CO 2 , water status, temperature, red/blue light, and plant pathogens.

Applied ABA inhibits the opening and promotes the closure of stomata. The increased transpiration rates observed in ABA-biosynthetic mutants and the accumulation of ABA in stressed leaves with reduced transpiration are consistent with the view that endogenous ABA normally plays an important role in the reduction of water loss by transpiration.

Expression of an anti- ABA antibody in transgenic tobacco plants retained ABA in the endoplasmic reticulum and caused leaves to wilt by impairing stomatal closure. The molecular mechanism by which ABA induces stomatal closure has been studied using genetic, biochemical, single-cell, and electrophysiological approaches. Opening and closing of stomata is thought to provoke turgor and volume changes in guardcells.

During water stress,the increase in cellular ABA or in apoplastic ABA at guard cell surfaces mediates guard cell closure by triggering a net efflux of K þ and Cl 2 from the vacuole to the cytoplasm and from the cytoplasm to the apoplast. Additionally, sucrose and malate are metabolized to osmotically inactive starch, all of which function to reduce the osmolarity in the guard cells.
During stomatal opening, guard cells swell following the accumulation of K þ , anions, and sucrose. The resulting out-bowing of the guard cell pair increases pore aperture and allows reestablishment of transpiration.

B. ABA Promotes Seed Maturation and Dormancy

One of the clearest effects of ABA is to prepare the seed for desiccation and to impose embryo dormancy to prevent premature germination. Seeds of ABA-deficient mutants or transgenic plants depleted of endogenous ABA by expression of an ABA-specific antibody fail to mature fully and acquire dormancy.

Seed development can be divided into two phases of equal duration. The first includes growth and development of the embryo and the endosperm. The second phase begins with the arrest of cell division and the accumulation of storage reserves and is followed by preparation for desiccation, which occurs in the last stages of seed maturation.

Seeds prepare for desiccation by accumulating nutritive reserves and proteins that allow the cell to survive the ensuing loss of up to 90% of its water content. As a consequence of dehydration, seeds become dormant.

The ABA content of seeds increases during the first half of seed development and decreases during the second phase involving seed maturation. ABA strongly induces genes that encode abun- dantly expressed seed storage proteins (e.g., zein, conglycinin, and lectin proteins) as well as proteins involved in desiccation tolerance.

The highly conserved water-soluble and basic late-embryogenesis abundant (LEA) proteins are rich in glycine/lysine and low in hydrophobic residues and are thought to stabilize other proteins when the cell is dehydrated. They are related to members of the DHN (dehydrin) and RAB (Responsive to ABA) protein families.

C. ABA Inhibits Germination and Seedling Growth

Seed germination can be defined as the resumption of growth of the embryo following dormancy. As possibly the most critical developmental transition in the plant life cycle, germination is contingent on suitable environmental conditions.

However, dormant seeds will not germinate even under normally permissive conditions of temperature or water, light, and oxygen availability.
Seed dormancy introduces a delay in germination that provides additional time for geographical dispersal and also maximizes seedling survival by preventing germination under adverse conditions. ABA appears to be the most important mediator of seed dormancy.

The ability of exogenous ABA to prevent seed germination in many species has been used to isolate several abi (ABA-insensitive) Arabi- dopsis mutants (Table 1). Exogenous ABA can also inhibit the precocious germination of immature embryos in culture. ABA-deficient Arabidopsis (aba) mutants are nondormant at maturity, and embryos of maize vp mutants germinate directly on the cob while still attached to the mother plant.

This precocious germination, named vivipary, suggests that ABA normally constrains developing embryos in an early developmental stage. In contrast with maize, ABA deficiency in Arabidopsis does not cause vivipary because the rigid seed coat prevents embryo growth while the seed is in the seed pod. Nevertheless, vivipary occurs when Arabidopsis abi3 mutant embryos are dissected out of the seed coat before complete desiccation.

Germination is regulated by an antagonism between ABA, which promotes dormancy, and gibberellic acid (GA), which counteracts the effects of ABA by promoting growth and the mobilization of storage reserves. An elegant demonstration of this antagonism is the recovery of mutants defective in ABA synthesis in a screen for revertants of GA- deficient mutants.

D. ABA Controls Root and Shoot Growth 

ABA shows different effects on root and shoot growth depending on plant water status. Under water stress, ABA depresses both shoot and root growth, but the overall effect is a dramatic increase in the root:shoot ratio, which facilitates water conservation.

TABLE 1. Mutations Affecting ABA Biosynthesis and Signal Transduction Pathway in Plants
Plant species Mutations

Plant species	Mutations	Gene product/function
ABA-deficient mutants Zea mays Z. mays Chlamydomnas reinhardtii Arabidopsis thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana Nicotiana plumbaginifolia N. plumbaginifolia N. plumbaginifolia N. plumbaginifolia Lycopersicum esculentum L. esculentum L. esculentum Solanum phureja Hordeum vulgare Pisum sativum	vp2,5,7– 9 vp14 M526 aba1 aba2 aba3 aao3 aba2 aba1/ckr1 aba2 cnxA notabilis flacca sitiens droopy nar2a wilty	Carotenoid biosynthesis 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase ABA xanthophyll biosynthesis Zeaxanthin epoxidase Xanthoxin oxidase Molybdenum cofactor biosynthesis Aldehyde oxidase Zeaxanthin epoxidase Molybdenum cofactor biosynthesis ABA xanthophyll biosynthesis Molybdenum cofactor biosynthesis 9-cis-Epoxycarotenoid dioxygenase Molybdenum cofactor biosynthesis Aldehyde oxidase Aldehyde oxidase Molybdenum cofactor biosynthesis ND
ABA-insensitive mutants A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana Z. mays Z. mays Hordeum vulgare Craterostigma plantagineum	abi1 (SD) abi2 (SD) abi3 abi4 abi5 axr2 (D) gca1– 8 gpa1 vp1 rea cool (ND) cdt-1 (D)	Type 2C protein phosphatase Type 2C protein phosphatase Seed-specific putative transcription factor Transcription factor bZIP transcription factor Auxin response factor (allelic to the auxin mutant iaa7) ND Heterotrimeric G-protein a-subunit Seed-specific bZIP transcription factor ND ND Regulatory RNA or short peptide
ABA-hypersensitive mutants A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana A. thaliana	abh1 bri1 era1 era2 era3 fiery1 jar1 jin4 hyl1 sax	Subunit of a nuclear RNA cap-binding complex Steroid receptor kinase Farnesyltransferase b-subunit ND Novel transmembrane protein (allelic to the ethylene mutantein2) Inositol polyphosphate 1-phosphate ND ND Double-stranded RNA-binding protein ND

E. ABA Mediates Wound Responses 

After mechanical wounding, a specific set of defense- related proteins, such as protease inhibitors I and II, cathepsin D inhibitor, and threonine deaminase, accumulate both at the site of injury and systemically throughout the plant. ABA, together with jasmonic acid, appears to play a role in the induction of these genes.

THE ABA SIGNAL TRANSDUCTION PATHWAY

Clues as to how the ABA signal is transduced to mediate its physiological and developmental pro- cesses are now beginning to emerge. It should be emphasized that although many individual com- ponents have been identified mainly by molecular genetic approaches, the complete network has not yet been elucidated.

A. Receptor(s)

ABA is thought to initiate its effects by binding to a receptor(s) that triggers the signal transduction cascade.

Currently, the identity of the receptor(s) is unknown. Cells may possess at least two sites of ABA perception, one of which is located at the plasma membrane and is triggered by extracellular ABA. Biophysical studies indicate that ABA effects in stomatal guard cells also involve intracellular recep- tors accessible to the protonated form, ABAH, which readily permeates membranes.

B. Downstream Signaling Events 

Recently, considerable insights have been gained into the identities of molecular components of the com- plex signaling network that mediates the actions of ABA. In particular, ion channels and fairly ubiquitous small second messengers have been implicated in ABA action.

1. Ion Channels Regulated by ABA Control Stomatal Aperture

Electrophysiological studies, either by whole cell impalement or by patch clamping of the plasma membrane of guard cell protoplasts or isolated vacuoles, have identified a number of membrane ion channels.

The sequence of events in ABA-induced stomatal closure is thought to be the following:
(1) ABA induces release of Ca 2+ into the cytosol from an internal store, e.g., the vacuole.
(2) The resultant increase in cytosolic Ca 2+ inhibits plasma membrane H + pumps and inward K + (K) in + channels, but activates two types of plasma membrane anion-efflux channels. One of these shows voltage-dependent slow activation (S-type), whereas the other shows rapid transient activation (R-type). The two types may reflect different states of a single channel.
(3) The conjugate actions of these channels lead to a transient or sustained depolarization and the alkalinization of the guard cell cytoplasm, which
(4) deactivates K + in + channels and also contributes to the opening of voltage-gated K + out channels. The ensuing long-term efflux of both anions and K + from guard cells contributes to loss of turgor and to stomatal closure.

2. Ca 21 Channels 

Considerable evidence indicates that ABA produces repetitive, transient increases or oscillations in intracellular Ca 2+ levels. These encode information required for stomatal closure. Ca 2+ induced [Ca 2+ ] cyt oscillations include a repetitive Ca 2+ influx across the plasma membrane coupled to Ca 2+ release from an intracellular compartment. Stomatal closure is abol- ished in guard cells when a nonoscillating Ca 2+ plateau is imposed experimentally.

Many other stimuli responsible for stomatal closure (cold shock, oxidative stress, and increases in CO 2 ) also cause [Ca 2+ ] cyt elevations. Anion channel regulation and stomatal movement phenotypes of Arabidopsis abi1-1 or abi2-1 mutants are suppressed by experimentally elevating [Ca 2+ ] cyt .

The mechanisms by which ABA activates guard cell plasma membrane Ca 2þ channels remain unknown. In Arabidopsis guard cells, ABA causes a rapid increase of reactive oxygen species (ROS) that activate hyperpolarization-activated Ca 2+ -permeable channels. ROS-induced stomatal closure and Ca 2+ activation are abolished in the ABA-insensitive mutant gca2.

The origin of the Ca 2+ required to elevate [Ca 2+ ] cyt in response to ABA is unclear, but is probably mediated by inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP 3 ) and/or cyclic ADP-ribose (cADPR). RAB18 expression in Arabidopsis suspension culture cells requires rapid ABA-induced Ca 2+ influx and S-type anion channel activation. ABA-induced membrane depolarization in radish seedlings and tobacco epidermal and mesophyll cells indicates that these mechanisms are of general importance for ABA signaling in different cell types. A Ca 2+ -independent pathway also appears to exist.

3. H 1 Channels 

Inhibition of the plasma membrane H þ -ATPase mediated by both cytosolic alkalinization and the increase in cytosolic Ca 2+ may also contribute to ABSCISIC ACID 6 membrane depolarization. The origin of ABA- induced cytosolic alkalinization is unknown.

4. Cyclic Nucleotides (cAMP, CGMP, CADPR)

Cyclic ADP-ribose (cADPR) plays a central role in ABA responses. Microinjection of hypocotyl cells of the tomato aurea mutant with both potential intermediates in the ABA signaling cascade and fusions of the Arabidopsis RD29A and KIN2 promoters to a reporter gene suggested that ABA triggers a transient accumulation of cADPR, which induces a release of Ca 2+ from internal stores such as vacuoles and the endoplasmic reticulum. Microinjec- tion of mutant abi1-1 protein inhibited ABA-, cADPR-, and Ca 2+ -induced gene expression, and these effects were reversed by an excess of WT ABI1 protein.

Other cyclic nucleotides may also act in a Ca 2þ - dependent stomatal opening pathway. For example, cAMP or the membrane-permeable cyclic GMP analog 8-Br-cGMP stimulates stomatal opening. cGMP-induced stomatal opening is inhibited by chelation of external Ca 2þ or by inhibitors of intracellular Ca 2þ release.

5. Lipid-Derived Second Messengers 

Various lines of evidence suggest that ABA stimulates phosphoinositide metabolism. ABA-treated guardcell protoplasts showed a slight increase in InsP 3 . The release of caged InsP 3 into the cytosol of guard cells caused [Ca 2+ ] cyt increases, inhibition of K þ in channels, and stomatal closure.

The Arabidopsis fry1 (fiery1) mutant, which is defective in an inositol polyphos- phate 1-phosphatase, accumulates more InsP 3 than WT plants after ABA treatment and is hypersensitive to ABA in germination and gene expression assays. Similarly, overexpression of a different InsP 3 phos- phatase blocked the inhibition of germination and seedling growth in Arabidopsis.

Overexpression of a stress- and ABA-inducible phosphatidylinositol- specific phospholipase C (PI-PLC) in Arabidopsis suggests that although increased InsP 3 levels are necessary for maximal ABA-induced gene expression in vegetative tissues, the AtPLC1 isoform is normally latent and probably participates in secondary ABA responses.

A reduction in InsP 3 levels in transgenic lines expressing antisense AtPLC1 correlated with their insensitivity to ABA in germination and seedling growth assays. ABA also stimulates production of myo-inositol- hexakisphosphate (InsP 6 ) in guard cells to a greater extent than InsP 3 . InsP 6 inhibits K + in channels in a Ca 2+ -dependent manner with greater efficiency than InsP 3 . Whether InsP 6 causes [Ca 2+ ] cyt elevations and whether both messengers function in the same or separate signaling branches is unknown.

Phosphatidic acid (PtdOH) generated from phos- pholipase D (PLD) increases transiently following ABA treatment of Vicia faba guard cells. PtdOH promotes stomatal closure and inactivates K þ in chan- nel currents but does not elicit a [Ca 2þ ] cyt increase, suggesting that PLD acts either in a parallel Ca 2þ - independent pathway or downstream of Ca 2þ release.

Both U-73122 (a PI-PLC inhibitor) and 1-butanol (a PLD inhibitor) only partially inhibit ABA-dependent stomatal closure, and simultaneous application of both inhibitors does not have additive effects. Thus, PLC and PLD appear to act in the same pathway that requires the cooperation of an additional pathway(s) to attain the complete effects of ABA.

This may be mediated by cADPR, since simultaneous application of 1-butanol with the cADPR antagonist nicotina- mide increases the extent to which ABA-induced stomatal closure is reduced. Sphingosine-1-phosphate (S1P) is another lipid- derived Ca 2þ -mobilizing agent capable of inducing stomatal closure. An increase in S1P levels occurs in leaves following drought stress, but disruption of S1P production causes only partial inhibition of ABA- induced stomatal closure.

6. Protein Kinases and Protein Phosphatases 

Phosphorylation/dephosphorylation events are cen- tral mediators in ABA signaling. In guard cells, the Ca 2+ signal is possibly relayed by specific protein kinases and phosphatases.

Protein kinase inhibitors abolish the activation of S-type anion channels and thus block ABA-induced stomatal closure. Reciprocally, the protein phosphatase inhibitor okadaic acid (OKA) maintains guard cell S-type channels in the active state. In-gel phosphorylation assays demon- strated that ABA rapidly activates a Ca 2+ -indepen- dent 48 kDa Ser/Thr protein kinase in V. faba guard cells. ABA fails to activate anion channels or induce stomatal closure in guard cells that express a dominant loss-of-function allele of this kinase.

Several stress- and ABA-inducible protein kinases have been identified. In epidermal peels of Pisum sativum, the ABA-induced accumulation of a DHN transcript was reduced by K-252a (an inhibitor of Ser/Thr protein kinases) and also by OKA or cyclosporin A (an inhibitor of Ser/Thr protein phosphatases type 2B). In barley aleurone proto- plasts, the stimulation of a MAP kinase activity appeared to be correlated with the induction of RAB16 transcript. OKA inhibited the induction ABSCISIC ACID 7 of HVA1 and RAB16 transcripts by ABA, and phenylarsine oxide (an inhibitor of Tyr protein phosphatases) blocked RAB16 induction.

The analysis of abi1 and abi2 has shed new light on the involvement of phosphorylation events in ABA signaling. These two dominant ABA-insensitive mutants, originally isolated in a screen for mutants able to germinate and grow in nonpermissive ABA concentrations, have phenotypes reminiscent of ABA deficiency viz. reduced seed dormancy, improper regulation of stomatal aperture, and decreased expression of various ABA-inducible genes. ABI1 and ABI2 encode Ser/Thr protein phosphatases type 2C (PP2C).

The dominant mutant alleles abi1-1 and abi2-1 have point mutations that substitute a conserved Gly with Asp, probably disrupting the conformation of a site required for Mg 2þ -binding or phosphatase activity. Several downstream responses to ABA are impaired in abi1-1 and abi2-1, including K þ out and K þ in channel regulation, anion channel activation, and increases in [Ca 2+ ] cyt . Because the mutations are dominant, it remains unclear whether the ABI1 and ABI2 are positive or negative regulators of ABA signaling or, indeed, whether they affect ABA signaling at all in WT plants.

However, because intragenic revertants of abi1-1 and abi2-1 have reduced or no phosphatase activity in vitro and a double mutant of both revertants is hypersensitive to ABA, ABI1 and ABI2 are probably negative regulators of ABA signaling.

Accordingly, overexpression of WTABI1 in maize mesophyll protoplasts blocks ABA regulation of gene expression. The precise roles of kinases and phosphatases in ABA signaling and the identities of their protein substrates have not been clearly established.

7. Farnesylation 

Although researchers have focused mainly on posi- tively acting components of the ABA signaling pathway, inactivation of negative regulators of ABA signaling should result in an enhanced response to ABA. An Arabidopsis mutant era1 (enhanced response to ABA) was isolated based on its inability to germinate in the presence of low concentrations of ABA (0.3 mM) that do not inhibit germination of WT seeds.

The era1 mutation markedly increases seed dormancy and ABA hypersensitive activation of S-type anion currents in this mutant increases stomatal closure, reducing water loss during drought. The ERA1 gene encodes the b-subunit of a hetero- dimeric farnesyltransferase. Farnesyltransferases cat- alyze the attachment of a 15-carbon farnesyl lipid to C-terminal target sequences, which localizes specific soluble signaling proteins to membranes. In addition to enhancing ABA signaling, loss of ERA1 function affects several other signaling pathways and develop- mental programs, including meristem development.

Thus, although ERA1 targets are not restricted to ABA action, a factor that normally suppresses ABA responses requires farnesylation. The exact relation- ship between ERA1 and the ABI loci remains unknown.

8. RNA Binding and ABA 

Arabidopsis abh1 mutants are hypersensitive to ABA- mediated inhibition of germination as well as induction of stomatal closure and increases in [Ca 2þ ] cyt . ABH1 is expressed in stomata and encodes a nuclear transcript cap-binding protein that appar- ently functions in a heterodimeric complex. ABH1, by analogy to yeast and mammalian RNA cap- binding proteins, is proposed to regulate the strength of ABA signaling by transcript modification of early signaling components.

9. Heterotrimeric G-Protein Action

Heterotrimeric G-proteins are central to many signaling processes. Arabidopsis contains only a single gene (GPA1) encoding a prototypic Ga subunit. ABA-mediated inhibition of stomatal open- ing, but not ABA-controlled promotion of stomatal closure, is impaired in gpa1 null mutants. GPA1 is required for negative regulation of K þ in channels and the pH-independent activation of anion channels.

10. Role of the Actin Cytoskeleton in Stomatal Movements 

A reorganization of the actin cytoskeleton of guard cells has been observed after ABA treatment. Cyto- chalasin D (an actin filament-depolymerizing agent) activates K þ in channels, while phalloidin (an actin filament stabilizer) inhibits K þ channel currents. ABA treatments reorganize actin cytoskeleton architecture from a radial arrangement to a randomly oriented and fragmented pattern.
A small Arabidopsis GTP- binding protein, AtRac1, is a negative regulator in ABA-induced actin reorganization. The inactivation of AtRac1 by ABA is impaired in abi1-1.

C. Regulation of Gene Expression by ABA

ABA regulates the expression of numerous genes during embryogenesis and seed maturation as well as under stress conditions such as heat shock, low temperature, drought, and high salinity.

1. ABA-Inducible Genes

The use of ABA-deficient and ABA-insensitive mutants has demonstrated that ABA contributes to the regulation of numerous genes involved in seed maturationand/ortheresponseofvegetativetissuesto hyperosmotic stress.

Characterization of the promo- ters of ABA-responsive genes has enabled identifi- cation of the cis- and trans-acting elements that act at the termini of branches in the ABA signaling cascade. Considerable evidence indicates the existence of ABA-independent dehydration and cold-induced sig- naling pathways.

2. Cis-Acting Elements 

Gene activation is mediated by the binding of transcription factors to ABA-responsive elements (ABREs) located in the promoters of ABA-induced genes. To date, more than 20 functional ABREs have been found in ABA-inducible genes that are abun- dantly expressed in desiccating seeds and/or are responsive to drought stress and ABA in vegetative tissues.

The first type of ABRE defined was a sequence of 8–10 bp that shares a conserved ACGT core motif, named the G-box. The sequence flanking the ACGT core is important for in vivo and in vitro function. Some ACGT elements confer developmental and tissue-specific expression on a minimal promoter. In a natural promoter context, an ABRE functions with a coupling element (CE).

ABA-responsive complexes comprising an ABRE and a CE can confer ABA- inducible transcription upon a minimal promoter. The sph element, first identified in the promoter of the C1 gene involved in anthocyanin synthesis in maize endosperm, is a second category of cis-acting element distinct from the G-box.

3. Trans-Acting Factors 

Yeast one-hybrid assays to identify ABRE-binding proteins (AREBs) have enabled cloning of several homologous transcription factors of the basic leucine zipper (bZIP) family. ABA-regulated transcription factors of the homeodomain leucine zipper, basic helix-loop-helix leucine zipper, and MYB classes have also been identified. AREBS are capable of activating reporter genes fused to ABREs and their induction by ABA at the transcript level frequently precedes the inductionofotherABA-responsivegenes.

Arabidopsis ABI5, the only bZIP AREB recovered in a genetic screen, is also subject to post transcriptional modification by ABA. Maize VP1 and Arabidopsis ABI3 appear to be orthologous seed-specific transcriptional activators, the loss of which affects several aspects of seed maturation, including the expression of storage proteins and LEA genes. VP1/ABI3-like proteins appear to activate transcription by distinct mechanisms depending on the target cis elements. VP1 interacts directly with the sph element of the C1 promoter and acts on ABREs via association with a distinct trans-acting factor(s).

D. Novel Genetic Screens

Quantitative and mechanistic characterization of new signaling mutants is necessary for a complete molecular understanding of the ABA signaling cascade. Several mutants have been isolated in screens for deregulated ABA control of ABREs fused to reporter genes.

Eight gca (growth control by ABA) mutants are characterized by reduced sensitivity to the inhibition of seedling growth by exogenous ABA and aberrant stomatal regulation. An elegant screen that uses small differences in leaf temperature to distinguish transpiration rates in mutants and WT plants is likely to identify new elements which mediate ABA action in guard cells. Screens for enhancer or suppressor mutations offer one approach to identify genes which interact genetically with known participants in ABA signaling.

BIOTECHNOLOGICAL FEATURES

Fresh water scarcity is currently one of the principal threats to global food security. Plants account for approximately 65% of global fresh water use. Losses in agricultural yields resulting from the desiccation of crops and horticultural plants during periods of drought have severe social and economic repercussions. Unfortunately, because of the high cost of synthesis and its instability in UV light, there are no practical uses of ABA. However, synthetic ABA analogs such as the acetyleneacetal-type compounds LAB 173 711 and LAB 144143 reduce crop water use and increase cold-hardiness.

Engineering the ABA signal transduction network in guard cells to control CO 2 intake and water loss could contribute substantially to more sustainable water use under adverse environmental conditions. The manipulation of seed maturation and dormancy in certain species by modification of ABA-regulated developmental pro- grams may also be of considerable agricultural significance. 

CONCLUSIONS

Recent advances have filled in many gaps concerning the biochemistry and subcellular localization of ABA synthesis as well as demonstrating the unquestionable involvement of ion channels, cytosolic pH, protein (de)phosphorylation, and cADPR- and phosphoinosi- tide-mediated increases in [Ca 2þ ] cyt in transducing the ABA signal.

Substantial progress has been made in characterization of the terminal signaling elements involved in ABA-mediated transcriptional regulation. Nonetheless, the mechanism(s) of ABA perception and early signaling events that result in cADPR synthesis or InsP 3 release remain to be resolved.
Considering the multitude of physiological responses modulated by ABA, it will be interesting to assess the extent of overlap in the signaling events involved in well-characterized ABA effects such as the regulation of stomatal closure, the inhibition of seed germina- tion, and the induction of stress-responsive gene expression.

The striking degree of phenotypic pleiotropy observed in many mutants recovered in screens for altered sensitivity to ABA indicates extensive overlap between ABA action and other signaling pathways. Better insight into the regulation of ABA concentrations and the cellular capacity for response to ABA will provide a more complete picture of its importance to growth and development throughout the plant life cycle.