Resistensi Insulin [PDF]

Citation preview

TUGAS TERSTRUKTUR STRUKTUR DAN FISIOLOGIS HEWAN PERCOBAAN DIABETES MELITUS TIPE 2 RESISTENSI INSULIN



Oleh : MOCH. ABDUL ROKIM B2A015007



FAKULTAS BIOLOGI PROGRAM STUDI S2 BIOLOGI UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN PURWOKERTO 2015



PENDAHULUAN A. Latar Belakang Diabetes Melitus (DM) adalah penyakit peningkatan glukosa darah yang tidak bisa diubah menjadi glikogen dan tidak bisa masuk ke dalam sel yang disebabkan oleh disfungsi sel beta pankreas berakibat menenurunnya produksi insulin, selain itu peningkatan glukosa darah karena kerja insulin terganggu (resistensi insulin) yang tidak bisa merespon kadar glukosa darah tersebut. Diabetes Melitus tipe 2 atau non insulin dependent diabetes mellitus (NIDDM) biasanya ditandai resistensi dan kekurangan produksi insulin karena jumlah glukosa dalam darah tidak sebanding dengan jumlah insulin (Setiawan, 2011). Resistensi insulin sendiri disebut sebagai dasar terjadinya DM tipe 2 dan dapat disebabkan oleh gangguan pre reseptor, reseptor dan post reseptor (Handayani, 2009). Banyak penelitian mengenai diabetes yang menggunakan hewan percobaan yang didasarkan patogenesis yang terjadi pada manusia. Dari situlah kita sudah mendapatkan obatobat yang saat ini beredar untuk penyakit diabetes melitus. Walalupun tidak sepenuhnya gambaran patologis hewan sama dengan gambaran patologis manusia karena perbedaan kondisi patologis dan fisiologis serta macam-macam tipe diabetes melitus juga macam dari komplikasinya. Hewan percobaan diabetes melitus ada 2 : (1) terinduksi (induced), misalnya melalui pankreaktomi, senyawa kimia (diabetogenik) dan virus; (2) spontan (spontaneous), misalnya menggunakan tikus BB (bio breeding) atau mencit NOD (non-obese diabetic). Spontaneous animal models mempunyai karakteristik yang relatif sama dengan kondisi diabetes mellitus pada manusia meliputi gejala-gejala penyakit (Nugroho, 2006). B. Perumusan Masalah 1. Apa saja cara membuat hewan percobaan diabetes melitus tipe 2 resistensi insulin 2. Bagaimana cara mebuat hewan percobaan diabetes melitus tipe 2 resistensi insulin C. Tujuan



1. Mengetahui macam-macam cara membuat hewan percobaan diabetes melitus tipe 2 resistensi insulin. 2. Mengetahui cara-cara mebuat hewan percobaan diabetes melitus tipe 2 resistensi insulin.



PEMBAHASAN



DM tipe 2 yang ditandai dengan adanya resistensi insulin dan gangguan sel β Langerhans pankreas dalam memproduksi insulin. Hewan uji DM tipe 2 bisa dibuat dengan cara : pemberian nutrisi yang dapat menstimulasi resistensi insulin, pankreatektomi parsial, pemberian senyawa diabetogenik, ataupun secara genetik. Dengan perlakuan itu bisa mengakibatkan terjadinya penurunan respon jaringan perifer terhadap aktivitas insulin atau malfungsi dari reseptor insulin dan disfungsi sel β Langerhans pankreas dalam memproduksi insulin, keduanya yang menyebabkan peningkatan kadar glukosa darah sesuai DM tipe 2 (Nugroho, 2006). Yang dilakukan Syamsul dan kawan kawan pada penelitiannya hewan percobaannya diberikan pakan yang kaya lemak dan fruktosa untuk membuat hewan percobaan terjadi resistensi insulin. Berikut komposisi yang digunakan pakan dengan kaya lemak : 80 % pakan, 15 % lemak babi dan 5 % telur bebek. Hewan percobaan yang digunakan 6 kelompok tikus dengan pembagian 5 kelompok dengan pakan kaya lemak dan 1 kelompok dengan pakan normal. Lalu masing-masing perharinya diberikan konsumsi sebanyak 15 g/tikus. Lalu diberikan fruktosa sebanyak 1,8 g/kg BB tikus melalui oral. Dilanjutkan hewan percobaan yang sudah diperlakukan tadi di uji DM tipe 2 resisten insulin insulinnya dengan parameter sebagai berikut : (1) uji kadar glukosa preprandial dan post prandial, (2) uji aktivitas hipoglikemik dan glibenklamid, dan (3) pengamatan ekspresi protein GLUT-4 pada jaringan otot. Pengukuran berat badan dilakukan 5 hari sekali dimulai pada hari ke-0 sampai hari ke-50. Berdasrkan hasil analisis statistik didapatkan bahwa pemberian fruktosa dan pakan kaya lemak mempengaruhi kenaikan BB kelompok tikus yang diberi asupan lemak-fruktosa secara bermakna dibanding kelompom tikus normal. Hasil pengukuran kadar glukosa preprandial dan post prandial pada hari ke-0, 20, 30, dan 50 mengindikasikan pemberian fruktosa dan pakan pakan kaya lemak mempengaruhi



kadar glukosa darah preprandial tikus lemak-fruktosa secara bermakna dibandingkan tikus normal. Hewan uji sudah mengalami DM tipe 2 resisten insulin dapat dilihat dari parameter: uji aktivitas hipoglikemik dari glibenklamid dan pengamatan ekspresi protein GLUT-4 pada jaringan otot. Uji aktivitas hipoglikemik dari gliben-klamid tikus yang diberi lemak-fruktosa terbukti memang mengalami resistensi insulin, ini dapat dilihat dengan nilai persen daya hipoglikemik yang lebih kecil dari kelompok tikus normal. Pengamatan ekspresi protein GLUT-4 pada jaringan otot dengan metode Immunohistochemistry (IHC) maka kita dapat melihat perbedaannya. Hasil perhitungan total nilai ekspresi GLUT-4 kelompok tikus normal lebih tinggi dari tikus lemak-fruktosa. Ini memperkuat asumsi banyaknya ekspresi GLUT-4 berefek penggunaan glukosa oleh jaringan semakin baik, sehingga jumlah glukosa dalam darah menjadi berkurang karena diangkut ke jaringan. Disimpulkan syamsul dan kawan-kawan membuat hewan percobaan dengan pemberian nutrisi yang dapat menstimulasi resistensi insulin (Syamsul, 2011).. Streptozotosin (STZ) atau 2-deoksi-2-[3-(metil-3-nitrosoureido)-D-glukopiranose] diperoleh dari Streptomyces achromogenes dapat digunakan untuk menginduksi baik DM tipe 1 maupun tipe 2 pada hewan uji. Untuk menginduksi DM tipe 2, STZ diberikan intravena atau intraperitoneal dengan dosis 100 mg/kg BB pada tikus yang berumur 2 hari kelahiran, pada 8-10 minggu tikus tersebut mengalami gangguan respon terhadap glukosa dan sensitivitas sel β terhadap glukosa. Di lain pihak, sel α dan δ tidak dipengaruhi secara signifikan oleh pemberian streptozotosin pada neonatal tersebut sehingga tidak membawa dampak pada perubahan glukagon dan somatostatin. Patofisiologis tersebut identik pada DM tipe II (Fidzaro, 2010).



Gambar Struktur Kimia Streptozotosin (Nugroho, 2006) Kerja STZ menembus sel β Langerhans melalui tansporter glukosa GLUT 2. Aksi STZ intraseluler menghasikan perubahan DNA sel β pankreas. Alkilasi DNA oleh STZ melalui gugus nitrosourea mengakibatkan kerusakan pada sel β pankreas. STZ merupakan donor NO (nitric oxide) yang berkontribusi merusak sel β pankreas melalui peningkatan aktivitas guanilil siklase dan pembentukan cGMP. NO dihasilkan sewaktu STZ mengalami metabolisme dalam sel. Selain itu, STZ juga mampu mengaktifkan oksigen reaktif yang berperan dalam kerusakan sel β pankreas. Pembentukan anion superoksida karena aksi STZ dalam mitokondria dan peningkatan aktivitas xantin oksidase. Dalam hal ini, STZ menghambat siklus Krebs dan menurunkan konsumsi oksigen mitokondria. Produksi ATP mitokondria yang terbatas berakibat berkurangnya secara drastis nukleotida sel β pankreas. Peningkatan defosforilasi ATP memacu meningkatnya substrat untuk enzim xantin oksidase (sel β pankreas mempunyai aktivitas tinggi terhadap enzim ini), lalu terjadi peningkatan asam urat. Xantin oksidase mengkatalisis reaksi pembentukan anion superoksida aktif. Dari pembangkitan anion superoksida, terbentuk hidrogen peroksida dan radikal superoksida. NO dan oksigen reaktif tersebut adalah penyebab utama kerusakan sel β pankreas. Kerusakan DNA akibat STZ dapat mengaktivasi poli ADP-ribosilasi berakibat penekanan NAD+ seluler,



selanjutnya penurunan jumlah ATP, dan akhirnya terjadi penghambatan sekresi dan sintesis insulin. Selain itu, kalsium berlebih yang menginduksi nekrosis, tidak mempunyai peran yang signifikan pada nekrosis yang diinduksi STZ (Nugroho, 2006). Hetereogenitas genetik dan multifaktorial lingkungan menjadi tantangan tersendiri untuk mendiagnosa dengan tepat mekanisme molekuler yang berhubungan dengan pengobatan diabetes. Transgenik pada hewan sendiri khususnya pada tikus memberikan wawasan kita terhadap regulasi sera pengembagan gen, patogenesis dan menemukan cara pengobatan baru untuk diabetes. Transgenik dan knockout model yang dikembangkan untuk mempelajari peran gen dan pengaruhnya terhadap tindakan insulin perifer seperti reseptor insulin, IRS-1, IRS-2, glucose transporter (GLUT 4), peroxisome proliferator activated receptor-g (PPAR-g) and tumour necrosis factor-a (TNF-a), serta sekresi insulin seperti GLUT-2, glucokinase (GK), islet amyloid polypeptide (IAPP) and GLP-1 dan produksi glukosa di hati yang berhubungan dengan perkembangan DM tipe 2 (Srinivasan & Ramarao, 2007). Yang dilakukan Howarth dan kawan-kawan menggunakan tikus muda Zucker diabetic fatty (ZDF) (berumur 9-13 minggu). Ciri-cirinya adalah peningkatan berat badan dan berat hati, penyusutan rasio jantungdengan



berat badan dan kadar glukosa darah acaknya



meningkat. Ciri lain dari tikus ZDF yaitu kadar hemoglobin A1c plasman, gangguan toleransi glukosa, hiperinsulinemia, hiperlipidemia dan hipertensi sedang. Menurut Srinivasan dan Ramarao model hewan untuk DM tipe 2 : No 1



Kategori Obesitas Spontan atau dari hewan yang ob/ob mouse mempunyai gen diabetes



db/db mouse



Non Obesitas - Cohen diabetic rat - GK rat - Torri rat Non obese



KK mouse



C57BL/6 (akita) mutant



KK/Ay mouse



mouse ALS/Lt mouse



NZO mouse



NONcNZO10 mouse TSOD mouse



Zucker fatty rat ZDF rat SHR/N-cp rat JCR/LA-cp rat OLETF rat Obese rhesus monkey 2



Diet / hewan yang diinduksi Sand rat nutrisi agar terjadi diabetes



3



C56/BL 6J mouse



Spiny mouse Hewan yang diinduksi zat GTG treated kimia agar terjadi diabetes



obese Dosis rendah ALXatau STZ



mice



pada tikus dewasa STZ pada tikus yang baru



4



Hewan bedah diabetes



lahir Lesi VMH pada tikus Pancreatomic parsial obesitas diabetes yang



5



Hewan Tansgenik diabetes



menjalani diet Merusak β3 receptor - Transgenik



dan



yang



knockuot



tikus



model



melibatkan



Merusak Uncoupling



gen insulin reseptor insulin



protein (UCP1) pada



juga



tikus



komponen



sinyal



insulin



terakhir



seperti



IRS-1,



IRS-2,



glucose



transporter



(GLUT



4),



peroxisome



proliferator



activated



receptor-g



(PPAR-g), PTP-1B (TNFa) - Knockout gen Glukokinasi atau GLUT 2 dari tikus - Human islet amyloid polypeptide yang diekspresikan pada tikus



KESIMPULAN Jadi hewan uji DM tipe 2 bisa dibuat dengan cara : 1. Pemberian nutrisi yang dapat menstimulasi resistensi insulin yaitu membuat obesitas dahulu 2. Pankreatektomi parsial bisa dengan mengurangi masa tikus 3. Pemberian senyawa diabetogenik STZ ataupun aloksan



4. Secara genetik bisa dari hewan yang sudah secara keturunan menderita diabetes (seperti tikus ZDF) atau bisa secara trasngenik.



DAFTAR PUSTAKA



Handayani,W., Rudijanto, A., Indra, M.R., 2009, Susu Kedelai Menurunkan Resistensi Insulin pada Rattus norvegicus Model Diabetes Melitus Tipe 2, Malang Fidzaro, 2010, Pengaruh Pemberian Ekstrak Biji Klabet (Trigonella graecum L) Terhadap Kadar Glukosa Darah dan Gambaran Histologi Pankreas Mencit (Mus musculus) yang Terpapar Streptozotocin, UIN, Malang



Howarth,F.C., Qureshi, M.A., Hassan,Z., Al Kury, L.T, Isaev, D., Parekh, K.,Yammahi, Adrian, Adeghate, E., 2011, Changing Pattern of Gene Expression is Associated with Ventricular Myocyte Dysfunction and Altered Mechanisms of Ca2+ Signalling in Young Type2 Zucker Diabetic Fatty Rat Heart, United Arab Emirates University, Al Ain, United Arab Emirates



Nugroho, A. E., 2006, Hewan Percobaan Diabetes Mellitus : Patologi Dan Mekanisme Aksi Diabetogenik, UGM, Yogyakarta Setiawan, A.S.,Yulinah, S., Adnyana K., Permana, H., Sudjana, P., 2011, Efek Antidiabetes Kombinasi Ekstrak Bawang Putih (Allium sativum Linn.) dan Rimpang Kunyit (Curcumma domestica Val.) dengan Pembanding Glibenklamid pada Penderita Diabetes Melitus Tipe 2, Bandung Srinivasan, K, Ramarao, P., 2007, Animal models in type 2 diabetes research: An overview, National Institute of Pharmaceutical Education & Research (NIPER), Mohali, India Syamsul, E.S, Nugroho, A.S., Pramono, S., 2011, Aktivitas Antidiabetes Kombinasi Ekstrak Terpurifikasi Herba Sambiloto (Andrographis paniculata (Burn.F.) NESS.) dan Metformin Pada Tikus DM Tipe 2 Resisten Insulin, UGM, Yogyarta