60
No. 3 Vol. 11 September 2012
PENGARUH PEMBERIAN EKSTRAK BUAH NANAS (ANANAS COMOSUS) TERHADAP REGENERASI SEL BETA PANKREAS PADA TIKUS DENGAN DIABETES MELLITUS TIPE II
Putu Angga Risky Raharja, I Komang Ana Mahardika, Putu Wisnu Arya Wardana Fakultas Kedokteran Universitas Udayana, Denpasar
ABSTRAK
Latar Belakang. Dewasa ini telah terjadi perubahan pola hidup masyarakat dari agraris ke industri yang cenderung meningkatkan insiden penyakit-penyakit metabolik seperti diabetes mellitus (DM). Di Indonesia, terdapat 8,4 juta penderita DM tipe II dan diperkirakan menjadi 21,3 juta pada tahun 2030. Penelitian bahan alamiah yang mampu memperbaiki sel beta pankreas, seperti nanas (Ananas comosus) mulai dikembangkan. Untuk mengetahui peran nanas lebih dalam, dilakukan penelitian yang lebih mendetail dalam hal pengaruh ekstrak nanas terhadap penurunan kadar glukosa darah dan regenerasi sel beta dengan melakukan uji coba pada tikus yang telah dibuat DM tipe II.
Metode. Penelitian ini menggunakan rancangan True Experimental Control Group Design dimana pada penelitian ini menggunakan sampel berupa tikus jantan yang dibandingkan dalam beberapa kelompok, yaitu kelompok kontrol (diberikan plasebo), kelompok ekstrak nanas konsentrasi 1%, kelompok ekstrak nanas konsentrasi 3%, dan kelompok ekstrak nanas konsentrasi 5%. Besar sampel yang digunakan adalah 40 ekor.
Hasil dan Kesimpulan. Hasil penelitian uji analisa paired sample t-test mendapatkan penurunan glukosa darah sebelum pemberian ekstrak dan sesudah pemberian ekstrak yang signifikan (p<0,05) pada kelompok ekstrak 1%, 3%, dan 5%. Penurunan tertinggi didapatkan pada kelompok pemberian ekstrak 5%, yaitu sebesar 39,250 mg/dl. Sementara analisis post hoc uji one way ANOVA terhadap regenerasi sel beta mendapatkan bahwa pemberian ekstrak 1%, 3%, dan 5% dapat meningkatkan jumlah sel pulau Langerhans. Peningkatan terbanyak didapatkan pada kelompok ekstrak 5% sebesar 48,375 sel dibandingkan kontrol (p=0,000). Perbedaan jumlah sel pulau Langerhans antara kelompok ekstrak 1% dan ekstrak 3% tidak berbeda signifikan (p=0,102).
Kata kunci: ekstrak nanas, glukosa darah, regenerasi sel beta
ABSTRACT
Background. Nowadays, people have changed their life styles from agricultural into industrial which tend to increase incidence of metabolic diseases including diabetes mellitus (DM). In Indonesia, there are 8,4 millions people with type 2 DM and predicted will increase up to 21,3 millions in 2030. Researches using natural substances to repair pancreatic beta cells, such as pineapple (Ananas comosus) have been developed. This goal of this research is to find the effect of pineapple extract in decreasing blood sugar level and regenerating pancreatic beta cells with diabetic rats as samples.
Method. This research was using True Experimental Control Group Design. Samples were diabetic male rats which are grouped into control groups (given placebo), 1% pineapple extract group, 3% pineapple extract group, and 5% pineapple extract group. Total samples were 40 diabetic rats.
Result and Conclusion. Analysis result using paired sample t-test found that decrement of blood glucose after intervention were significant (p<0,05) in 3% pineapple extract group and 5% pineapple extract group. Highest decrement was found in 5% pineapple extract group, which is 39,250 mg/dl. Post hoc analysis of one way ANOVA test found that 1% pineapple extract group, 3% pineapple extract group, and 5% pineapple extract group have significant effect regenerating pancreatic beta cells in diabetic rats. Highest increment of pancreatic beta cells was found in 5% pineapple extract group, which is 48,375 cells compared to control (p=0,000). There were not any significant difference of pancreatic beta cells between 1% pineapple extract group and 3% pineapple extract group (p=0,102).
Keywords: pineapple extract, blood glucose, beta cells regeneration
PENDAHULUAN
Dewasa ini telah terjadi perubahan pola hidup masyarakat dari agraris ke industri yang cenderung meningkatkan insiden penyakit-penyakit metabolik seperti diabetes mellitus (DM). DM merupakan kelainan yang ditandai dengan hiperglikemia kronis, gangguan metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Kelainan ini disebabkan oleh penurunan sekresi insulin disertai penurunan aktivitasnya.1 Apabila tidak tertangani
secara baik maka pasien DM dapat menderita berbagai komplikasi hingga kematian.
Sekitar 90% kasus DM adalah DM tipe II.1 Pada tahun 2000, menurut World Health Organization (WHO) terdapat 171 juta penderita DM tipe II di dunia dan diperkirakan meningkat menjadi 366 juta pada tahun 2030. Sementara di Indonesia, terdapat 8,4 juta penderita DM tipe II dan diperkirakan menjadi 21,3 juta pada tahun 2030. Ini
menempatkan Indonesia pada peringkat keempat di bawah India, China, dan Amerika Serikat.2
Metode terapi DM tipe II saat ini hanya terfokus untuk mempertahankan kadar glukosa darah normal, yaitu 110 mg/dl. Sedangkan penurunan fungsi sel beta seiring perjalanan penyakit ini tidak dapat dihentikan meski dengan pengobatan yang intensif.1 Oleh karena itu, pengobatan DM tipe II sebaiknya juga mempertahankan fungsi dan jumlah sel beta pankreas dengan mengatasi glukotoksisitas dan menginduksi proliferasinya.
Berdasarkan kondisi di atas, maka mulai dikembangkan penelitian bahan-bahan alamiah yang mampu memperbaiki sel beta pankreas, seperti nanas (Ananas comosus). Nanas ditemukan banyak mengandung asam ferulat yang bersifat antioksidan.3 Antioksidan mampu menurunkan stres oksidatif pada pankreas yang membantu proliferasi sel beta dan meningkatkan sekresi insulin.4 Pemanfaatan tanaman nanas di Indonesia sangat potensial. Hal ini ditandakan dari jumlah panen nanas di Indonesia yang mencapai 1,5 juta ton pada tahun 2010. Tanaman nanas juga bermanfaat sebagai obat sembelit, mual, flu, wasir, dan anemia.
Dari uraian tesebut di atas tampaknya nanas dapat berkhasiat dalam penatalaksanaan DM tipe II. Untuk mengetahui peran nanas lebih dalam, dilakukan penelitian yang lebih mendetail dalam hal pengaruh ekstrak nanas terhadap penurunan kadar glukosa darah dan regenerasi sel beta dengan melakukan uji coba pada tikus yang telah dibuat DM tipe II.
METODE PENELITIAN
Tempat dan Waktu Penelitian
Tahapan penelitian terdiri dari: 1. Pengeringan dan pembuatan ekstrak buah nanas dilaksanakan di Lab. Biologi Pestisida Unud, 2. Persiapan dan Perlakuan kepada sampel dilaksanakan di Ruang Penelitian FK Unud, dan 3. Pembuatan dan Pemeriksaan preparat histologi sel beta pankreas dilaksanakan di BBVet Denpasar.
Keseluruhan proses waktu penelitian yang dibutuhkan adalah selama 3 bulan.
Rancangan Penelitian
Penelitian ini menggunakan rancangan True Experimental Control Group Design seperti yang terlihat pada gambar 1 di bawah ini. Semua kelompok penelitian diberikan perlakuan awal berupa injeksi intraperitonium senyawa aloksan untuk merusak sel beta pankreas.
Besar Sampel
Sesuai rancangan penelitian, sampel dialokasikan ke dalam 4 kelompok perlakuan, yaitu K, P1, P2, dan P3. Rumus sampel yang digunakan
adalah rumus Federer: (p-1)(n-1)15, dengan nilai p (perlakuan) adalah 4, dan didapat n (jumlah sampel) adalah 6. Pada kelompok pre test (E) juga digunakan sampel minimal 6 ekor. Jadi, jumlah minimal sampel adalah 30 ekor. Untuk antisipasi tikus mati selama penelitian maka jumlah sampel ditambah 30%, sehingga jumlah sampel yang diperlukan 40 ekor.
Kriteria Sampel
Adapun kriteria inklusi dari penelitian ini adalah tikus dewasa, normoglikemia, umur 1,5 bulan, berat antara 150-200 gram, dan dalam kondisi sehat. Sementara kriteria eksklusinya apabila dalam pelaksanaan penelitian tikus mati.
Variabel Penelitian
Adapun variabel bebas (independent variable) dari penelitian ini adalah dosis perlakuan ekstrak buah nanas 2,5%, 5%, dan 7,5%. Sementara variabel tergantungnya (dependent variable) adalah kadar glukosa darah tikus dan gambaran mikroskopis jumlah sel beta pankreas tikus.
Definisi Operasional Variabel
62
No. 3 Vol. 11 September 2012
buah nanas, dengan prosedur dijelaskan selanjutnya. Kadar glukosa darah didefinisikan sebagai glukosa yang beredar di darah tikus akibat tidak bisa diambil jaringan karena kurangnya jumlah insulin. Sementara sel beta pankreas adalah sel pankreas yang mengandung granula insulin apabila dilihat dengan pengecetan hematoxylin eosin.
Instrumen Penelitian
Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini meliputi kandang tikus, terbuat dari jaring-jaring kawat, di dalamnya terdapat sekam, tempat makanan, dan botol minum; Semprit disposibel 1cc yang telah dilepas jarumnya kemudian disambungkan selang karet untuk pemberian ekstrak atau plasebo; Alat pengambilan pankreas: gunting kecil, pinset anatomis, pinset sirurgik, dan pisau silet; Eter untuk mematikan tikus.
Prosedur Penelitian
Pembuatan ekstrak buah nanas
Pembuatan ekstrak dilakukan dengan tahapan pengeringan menggunakan angin, penghalusan dengan blender, maserasi bertingkat dengan n-heksana kemudian etanol 96%, inkubasi selama 72 jam, pemisahan dan penyaringan dengan kain kasa 3 lapis serta kertas whatman No. 2, evaporasi filtrat dengan rotari evaporator untuk mendapatkan crude extract. Kemudian dibuat larutan dengan konsentrasi volume ekstrak buah nanas per 100 ml pelarut etanol menjadi 2,5%, 5% dan 7,5%.
Persiapan hewan percobaan
Empat puluh ekor tikus jantan dewasa strain Wistar, berumur 1,5 bulan dengan berat badan 150-200 gram didapat dari lab farmakologi FK Unud. Tikus diberi makan berupa makanan standar dan minum (ad libitum), selama 2 minggu awal untuk penyetaraan.
Perusakan sel beta pankreas
Untuk membuat pankreas tikus sesuai dengan kriteria pankreas pada penyakit diabetes mellitus tipe II, maka tikus diinjeksikan senyawa aloksan secara intraperitonium dengan dosis 50mg/kgBB (1/3 dari dosis perusakan total), agar hanya terjadi kerusakan pankreas secara parsial. Selanjutnya tikus diberikan glukosa tambahan per oral dan pakan tinggi kolesterol selama 2 minggu awal agar kondisi tikus masuk sebagai kriteria Diabetes Mellitus tipe II yang ditandai dengan peningkatan kadar glukosa darah tikus lebih dari 200mg/dL dan jumlah kerusakan sel beta pankreas lebih dari 50%.
Pemberian ekstrak buah nanas
Ekstrak buah nanas dengan dosis yang telah ditentukan seperti di atas diberikan secara oral sebanyak 1cc/ekor setiap harinya dengan menggunakan semprit khusus yang sudah dipersiapkan. Pemberian dilakukan selama satu fase regenerasi sel beta yaitu selama 30 hari.
Pembuatan sediaan histologis pankreas
Sebelum pankres diambil, terlebih dahulu tikus dibunuh dengan eter. Pankreas kemudian dimasukkan ke dalam fiksatif (formalin 10%) selama 24 jam. Setelah itu secara berturut-turut dilakukan dehidrasi dengan alkohol, kemudian dimasukkan kedalam toluen hingga jernih dan diblok dengan parafin. Sayatan histologi dibuat dengan mikrotom, tebal 6 mikron, dan diwarnai dengan aldehyde fuchsin.
Pengambilan sampel glukosa darah tikus
Tikus akan diambil sampel serum darahnya untuk menghitung kadar glukosa darahnya. Pengambilan sampel dilakukan dengan menusuk pada vena di sekitar daerah mata tikus. Selanjutnya dengan menggunakan alat ukur glokusa otomatis dilakukan pengecekan kadar glukosa darah tikus.
Prosedur Pengumpulan Data
Data diambil dan dikumpulkan, berupa data kuantitatif gambaran mikroskopik pankreas dan serum darah tikus dengan menghitung kadar jumlah sel beta pankreas dan glukosa darah tikus. Penghitungan dimulai pada kelompok pre test, untuk mengetahui keberhasilan penurunan kuantitas sel beta pankreas sesuai dengan kriteria Diabetes Mellitus tipe II, Apabila tikus sudah bisa dinyatakan masuk dalam kondisi Diabetes Mellitus tipe II, maka dilanjutkan pemberian placebo dan ekstrak. Setelah itu dilakukan penghitungan penurunan kadar glukosa darah dan peningkatan sel beta pada kelompok K, P1, P2, dan P3 untuk melihat kemampuan regenerasi sel beta pankreas.
Teknik Analisa Data
Analisa data yang akan dipergunakan adalah : 1. Uji Normalitas dengan Kolmogorov - Smirnov
test
2. Uji Homogenitas antar kelompok dengan Levenne test.
3. Jika data berdistribusi normal dan homogen dilanjutkan dengan melakukan uji statistic parametric, dengan Anova satu arah, kemudian dilanjutkan dengan uji beda nyata terkecil (BNT). 4. Dalam penelitian ini derajat kemaknaan
ditetapkan : = 0, 0 Hasil Penelitian
Penurunan glukosa darah tikus
Glukosa darah diukur sebanyak dua kali yakni sebelum intervensi pemberian ekstrak nanas dan setelah 30 hari intervensi. Glukosa darah yang diambil merupakan glukosa darah puasa dimana tikus tidak makan setidaknya 8 jam. Hasil tersebut dapat dilihat pada tabel 1 berikut ini.
Berdasarkan hasil tersebut, terdapat penurunan glukosa darah sebelum pemberian ekstrak dan sesudah pemberian ekstrak yang
signifikan (p<0,05) pada kelompok ekstrak 1%, 3%, dan 5%. Penurunan tertinggi didapatkan pada
Tabel 1. Hasil pengukuran glukosa darah kelompok post test
Kelompok Glukosa Darah Awal Glukosa Darah Akhir Penurunan Glukosa Darah
Kontrol 149,12 ± 9,141 151,25 ± 12,826 - 2,12 ± 7,918
Ekstrak 1% 148,38 ± 10,070 124,00 ± 7,838 24,38 ± 8,123
Ekstrak 3% 154,75 ± 14,400 120,25 ± 16,202 34,50 ± 21.381
Ekstrak 5% 153,25 ± 10,620 114,00 ± 10,981 39,25 ± 11,107
Tabel 2. Hasil uji paired sample t-test penurunan glukosa darah
Kelompok Mean Standar Deviasi t df Sig
Kontrol - 2.125 7.918 -.759 7 .473
Ekstrak 1% 24.375 8.123 8.487 7 .000
Ekstrak 3% 34.500 21.381 4.564 7 .003
Ekstrak 5% 39.250 11.107 9.995 7 .000
kelompok pemberian ekstrak 5%, yaitu sebesar 39,250 mg/dl. Sementara pada kelompok kontrol yang mendapatkan plasebo aquades, tidak ada penurunan glukosa darah yang signifikan (p=0,473).
Regenerasi sel beta pankreas tikus
Hasil didapatkan melalui analisa pemeriksaan histologi sel-sel pulau Langerhans pankreas tikus
jantan. Pemeriksaan dilakukan setelah membuat sediaan histologi pankreas dengan menghitung jumlah sel pada satu pulau Langerhans pankreas tikus. Penghitungan dilakukan pada 5 lapang pandang dan selanjutnya ditentukan rata-ratanya untuk mendapatkan jumlah sel per satu pulau Langerhans. Gambaran mikroskopis sel pulau Langerhans pankreas tikus hasil penelitian dapat dilihat pada gambar 2 berikut.
Kelompok Kontrol Gambaran Perlakuan1%
Kelompok Perlakuan 3% Kelompok Perlakuan 5%
Gambar 2. Gambaran mikroskopis pulau Langerhans kelompok post test
Sebelum dianalisa, uji normalitas menggunakan uji Shapiro-Wilk mendapatkan data jumlah sel pada pulau Langerhans tikus kelompok kontrol (p=0,515), ekstrak 1% (p=0,556), ekstrak 3% (p=0,858), dan ekstrak 5% (p=0,658) memiliki
distribusi data yang normal. Selanjutnya, uji
homogenitas varians dengan Levenne,
64
No. 3 Vol. 11 September 2012
menggunakan uji one way Anova karena syarat distribusi data normal dan varians yang sama telah terpenuhi.
Berdarkan hasil uji Anova (Tabel 3) didapatkan nilai p=0,000 yang artinya paling tidak
terdapat perbedaan jumlah sel pada pulau Langerhans pada dua kelompok. Oleh karena itu, selanjutnya dilakukan analisis post hoc.
Berdasarkan hasil analisis post hoc (Tabel 4) dapat disimpulkan bahwa pemberian ekstrak
Tabel 3. Hasil uji one way Anova
Sum of Squares df Mean Square F Sig
Between Groups 9897.344 3 3299.115 26.050 .000
Within Groups 3546.125 28 126.647
Total 13443.469 31
Tabel 4. Hasil analisis post hoc jumlah sel pulau Langerhans
(I) Kelompok (J) Kelompok Mean Difference (I-J) Std. Error Sig
Kontrol Ekstrak 1% -24.125 5.627 .000
Ekstrak 3% -33.625 5.627 .000
Ekstrak 5% -48.375 5.627 .000
Ekstrak 1% Kontrol 24.125 5.627 .000
Ekstrak 3% -9.500 5.627 .000
Ekstrak 5% -24.250 5.627 .102
Ekstrak 3% Kontrol 33.625 5.627 .000
Ekstrak 1% 9.500 5.627 .102
Ekstrak 5% -14.750 5.627 .014
Ekstrak 5% Kontrol 48.375 5.627 .000
Ekstrak 1% 24.250 5.627 .000
Ekstrak 3% 14.750 5.627 .014
nanas 1%, 3%, dan 5% dapat meningkatkan jumlah sel pada pulau Langerhans. Peningkatan terbanyak didapatkan pada kelompok ekstrak 5% sebesar 48,375 sel dibandingkan kontrol (p=0,000). Perbedaan jumlah sel pulau Langerhans antara kelompok ekstrak 1% dan ekstrak 3% tidak berbeda secara signifikan (p=0,102).
Pembahasan
Pada penelitian ini didapatkan penurunan glukosa darah yang signifikan dengan pemberian ekstrak nanas 1%, 3%, ataupun 5% pada tikus
jantan dengan DM tipe 2 hingga glukosa darah puasa <135 mg/dl. Penurunan glukosa darah semakin besar seiring dengan penambahan konsentrasi ekstrak, dengan penurunan sebesar 39,25 mg/dl pada kelompok ekstrak 5%. Mekanisme penurunan glukosa darah ini disebabkan kemampuan asam ferulat pada nanas untuk meningkatkan sekresi hormon adiponektin.5 Adiponektin dapat meningkatkan sensitifitas insulin, meningkatkan ambilan glukosa, serta menurunkan glukoneogenesis yang berakibat pada penurunan glukosa darah.
Penurunan glukosa darah oleh pemberian
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Kontrol Ekstrak 1% Ekstrak 3% Ekstrak 5% Normal
ekstrak nanas juga tidak memicu terjadinya hipoglikemia (glukosa darah <60 mg/dl) seperti pengobatan dengan insulin. Oleh karena itu, pemberian ekstrak nanas hingga konsentrasi 5% relatif aman dan dapat memberikan penurunan glukosa darah yang signifikan.
Ekstrak nanas ternyata mampu memberikan efek yang tidak dapat diberikan oleh pengobatan diabetes sekarang, yaitu regenerasi sel beta pankreas. Pemberian ekstrak nanas 1%, 3%, ataupun 5% ternyata dapat menginduksi renerasi sel beta secara signifikan dibandingkan kontrol. Namun, peningkatan jumlah sel beta pada pulau Langerhans antara kelompok ekstrak 1% dan 3% tidak berbeda signifikan. Peningkatan ini dapat dilihat pada gambar 3 berikut ini.
Regenerasi sel beta pankreas ini disebabkan oleh kandungan asam ferulat pada nanas yang menginduksi sekresi adiponektin serta antioksidan. Adiponektin bekerja secara spesifik pada endokrin pankreas dan melindungi sel beta dari apoptosis. Antioksidan juga dapat menghambat apoptosis sel beta, karena kemampuannya mengatasi ROS.6 Oleh karena itu, pemberian ekstrak nanas dapat menjanjikan kesembuhan bagi penderita DM tipe 2.
Penelitian ini memiliki beberapa kelemahan, klasifikasi sel pulau Langerhans tidak dapat dilakukan karena pengecatan dengan hematoksilin-eosin. Identifikasi sel beta sebenarnya dapat dilakukan dengan pengecatan imunohistokimia yang memerlukan biaya besar. Kedua, pemberian ekstrak nanas diberikan di awal onset DM, sementara sebagian besar penderita DM tipe 2 terlambat mendapatkan pengobatan karena gejala asimptomatik.
PENUTUP
Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari penelitian ini adalah: 1. Pemberian ekstrak nanas konsentrasi 1%, 3%,
ataupun 5% dapat menurunkan glukosa darah secara signifikan hingga <135 mg/dl dan tidak memicu terjadinya komplikasi hipoglikemia pada tikus jantan yang menderita DM tipe 2.
2. Pemberian ekstrak nanas konsentrasi 1%, 3%, ataupun 5% juga dapat menginduksi regenerasi sel beta pankreas oleh kandungan asam ferulatnya yang meningkatkan sekresi adiponektin dan antioksidan.
Saran
Adapun saran yang dapat diberikan dari penelitian ini adalah:
1. Berdasarkan sudut pandang ilmiah, kami menyarankan agar dilakukan penelitian yang lebih lanjut guna menyempurnakan tujuan yang diharapkan dari penelitian ini agar dapat memberikan kazanah ilmu pengetahuan kedokteran di bidang andrologi.
2. Berdasarkan sudut pandang klinis, kami menyarankan agar penelitian dilanjutkan supaya dapat dijadikan obat bagi penderita DM tipe 2. 3. Berdasarkan sudut pandang sosial, kami
menyarankan agar hasil penelitian ini dapat berkontribusi menekan prevalensi DM tipe 2.
DAFTAR PUSTAKA
1. Thevenod, F. 2008. Pathophysiology of diabetes mellitus: roles of obesity, insulin resistance and
-cell dysfunction. Basel Karger19:1–18. 2. Wild Sarah, Roglic Gojka, Green Anders. 2004.
Global Prevalence of Diabetes. Diabetes Care 27: 1047-1053.
3. Gokhale Kunal. 2011. New Method for Synthesis of 3-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl) prop-2-enoic acid and 1-feruloyl- -D-glucose. Int. J. Pharm. Phytopharmacol. Res 1(1): 17-22.
4. Srinivasan Marimuthu, Sudheer Adluri, Menon Venugopal. 2007. Ferulic Acid: Theraupetic Potential Through Its Antioxidant Property. J. Clin. Biochem. Nutr 40 :92-100.
5. Ohara K, Uchida A, Nagasaka R, Ushio H,
Ohshima T. 2009. The effects of
hydroxycinnamic acid derivatives on adiponectin secretion. Phytomedicine 16(2-3):130-7.
