TESIS
PEMBERIAN EKSTRAK KULIT POHON PINUS MARITIM PERANCIS (Pinus pinaster) MENCEGAH PENURUNAN SEL BETA PANKREAS DAN MENCEGAH PENINGKATAN GLUKOSA DARAH PUASA TIKUS WISTAR (Rattus norvegicus) JANTAN YANG DIINDUKSI STREPTOZOTOCIN
MAGDALENA MERCYANA TJAHYANTO NIM 1490761022
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI ILMU BIOMEDIK PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2016
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL ………………………
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. dr. IGM Aman, Sp.FK
Prof. Dr. dr. A.A. Gede Budhiarta, Sp.PDKEMD
NIP 194606191976021001
NIP 194412211972061001
Mengetahui, Ketua Program Studi Ilmu Biomedik Program Pascasarjana Universitas Udayana,
Dr. dr. Gde Ngurah Indraguna Pinatih, Msc, Sp. GK
81
NIP 195805211985031002
LEMBAR PENETAPAN PENGUJI
Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji pada Program Pascasarjana Universitas Udayana pada Tanggal …………………………
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No: …………………………………………. Tanggal …………………………
Panitia Penguji Tesis adalah: Ketua
: Prof. dr. IGM Aman, Sp.FK
Sekretaris
: Prof. Dr. dr. A.A. Gede Budhiarta, Sp.PD-KEMD
Anggota
:
1. Prof. Dr dr. Wimpie I. Pangkahila, Sp. And, FAACS 2. Dr. dr. Gde Ngurah Indraguna Pinatih, Msc, Sp. GK 3. Dr. dr. Ida Sri Iswari, Sp. MK., M.Kes
82
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul “PEMBERIAN EKSTRAK KULIT POHON PINUS MARITIM PERANCIS (Pinus pinaster) MENCEGAH PENURUNAN SEL BETA PANKREAS DAN MENCEGAH PENINGKATAN GLUKOSA DARAH PUASA TIKUS WISTAR (Rattus norvegicus)
JANTAN YANG DIINDUKSI STREPTOZOTOCIN”
sebagai syarat dalam menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Magister pada Program Magister Program Studi Ilmu Biomedik, kekhususan Anti Aging Medicine, Program Pascasarjana Universitas Udayana. Selama proses penelitian ini penulis mendapat banyak pelajaran dan pengalaman yang berharga yang memperkaya wawasan serta proses pembelajaran hidup penulis, baik dari segi ilmiah maupun segi sosial. Semua ini tidak lepas dari peran serta orang-orang disekeliling penulis yang senantiasa mendukung dan selalu ada pada saat-saat yang sulit. Penulis menyadari bahwa tesis ini bisa selesai berkat bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak, maka perkenankan penulis untuk memberikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.
Rektor Universitas Udayana Prof. Dr. dr. Ketut Suastika, Sp.PD. KEMD atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk dapat menempuh pendidikan Program Pascasarjana di Universitas Udayana
2.
Direktur Program Pascasarjana Prof. Dr. A. A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas
83
kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk dapat menempuh pendidikan Program Pascasarjana di Universitas Udayana 3.
Dr. dr. Gde Ngurah Indraguna Pinatih, M.Sc., Sp.GK sebagai ketua Program Studi Biomedik Kekhususan Anti-Aging Medicine dan sekaligus penguji yang telah banyak membantu penulis memberikan masukan dan bimbingan yang sangat bermanfaat dalam penyusunan tesis ini
4.
Prof. Dr. IGM Aman, Sp.FK, sebagai pembimbing I, yang dengan penuh perhatian dan kesabaran telah membimbing penulis, memberikan saransaran ilmiah dan masukan yang sangat bermanfaat selama penyusunan tesis ini
5.
Prof. Dr. dr. A.A. Gede Budhiarta, Sp.PD-KEMD, sebagai pembimbing II, yang dengan telah membimbing penulis dengan baik dan perhatian, memberikan saran- saran ilmiah, dan masukan yang sangat bermanfaat dalam penyusunan tesis ini
6.
Prof. Dr. dr. Wimpie I. Pangkahila, Sp. And, FAACS, sebagai penguji, yang dengan bijak dan sabar memberikan masukan dan bimbingan yang sangat bermanfaat dalam perbaikan tesis ini
7.
Dr. dr. Ida Sri Iswari, Sp. MK., M.kes, sebagai penguji yang telah memberikan perhatian, koreksi dan masukan yang sangat teliti sehingga sangat bermanfaat dalam perbaikan tesis ini
8.
Seluruh dosen Pasca Sarjana Biomedik Universitas Udayana yang telah membimbing penulis dalam menempuh pendidikan dari awal hingga selesainya tesis ini
84
10.
Seluruh staf Universitas Udayana khususnya Program Magister Ilmu Biomedik Kekhususan Anti-Aging Medicine yang selalu siap membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Terimakasih sebesar-besarnya kepada Pak Edy, Geg Wah, Geg Eni, Mbok Ami dan seluruh staf yang kebaikannya tidak terkira.
11.
Ferbian Milas Siswanto, S.KH, sebagai staf Laboratorium Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Udayana yang telah banyak membantu dalam hal teknis penelitian.
12.
Prof. Dr. Ir. Ida Bagus Putra Manuaba, M.Phil, sebagai ketua UPT Laboratorium Analitik Udayana yang telah banyak membantu dalam analisa bahan penelitian kapsul pycnogenol sehingga tesis ini bisa selesai.
13.
dr. I G K Nyoman Arijana, M.Si.Med, sebagai staf Departemen Histologi Fakultas Kedokteran Universitas Udayana yang telah banyak membantu dalam proses pembuatan preparat histopatologi pankreas sehingga tesis ini bisa selesai.
14.
Kedua orang tua, adik, keluarga tercinta serta sahabat penulis yang selalu memberikan dukungan, semangat, serta doa serta pengertian selama penulis menempuh pendidikan hingga terselesainya tesis ini.
15.
dr. Ellen Destrisa Ratnapuri, dr. Astrid Karina, dr. Ivonne Kurniawan, dr. Cheria Valentina, dr. Adeline Ivana Dewi, dr. Monica Pranoto, dr. Sissy Yunita, dr. Astrid Tanumihardja, dan dr. Orlen Plaudo Sompotan sebagai sejawat sekaligus sahabat yang berjuang bersama dan saling memberikan semangat satu sama lain sejak awal kuliah sampai selesainya tesis ini.
85
16.
Teman sejawat mahasiswa Program Magister Ilmu Biomedik Kekhususan Anti-Aging Medicine Angkatan IX atas kekompakannya selama ini, perhatian dan dukungan yang tiada henti untuk menyemangati satu sama lain dalam menyelesaikan tesis.
17.
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu namun sangat berperan dalam selesainya tesis ini. Akhir kata penulis sangat menyadari bahwa tesis ini masih sangat jauh
dari kesempurnaan, sehingga saran dan masukan membangun dari berbagai pihak sangatlah diharapkan. Semoga hasil penelitian ini dapat memberikan manfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedokteran terutama di bidang Anti Aging Medicine (AAM). Semoga Tuhan memberkati kita semua.
Denpasar, 12 Maret 2016
Penulis
86
ABSTRAK PEMBERIAN EKSTRAK KULIT POHON PINUS MARITIM PERANCIS (Pinus pinaster) MENCEGAH PENURUNAN SEL BETA PANKREAS DAN MENCEGAH PENINGKATAN GLUKOSA DARAH PUASA TIKUS WISTAR (Rattus norvegicus) JANTAN YANG DIINDUKSI STREPTOZOTOCIN Diabetes melitus merupakan salah satu penyakit degeneratif yang sering terjadi seiring dengan proses penuaan. Pada diabetes melitus terjadi perubahan progresif struktur sel beta pankreas sehingga menyebabkan hiperglikemia. Kondisi hiperglikemia ini akan mempercepat pembentukan reactive oxygen species (ROS) yang menyebabkan kerusakan sel beta pankreas lebih jauh lagi. Untuk mencegah kerusakan oksidatif pada pankreas diperlukan antioksidan. Ekstrak kulit pohon pinus maritim Perancis merupakan suatu ekstrak terstandardisasi dari kulit batang pohon pinus maritim Perancis (Pinus pinaster subsp. Atlantica) yang mengandung procyanidin, catechin dan epicatechin. Ekstrak kulit pinus memiliki sifat sebagai radical scavenger yang ampuh sehingga dapat melindungi sel-sel tubuh terhadap dampak negatif dari ROS. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efek perlindungan ekstrak kulit pinus maritim Perancis terhadap sel beta pankreas hewan coba yang diinduksi streptozotocin (STZ). STZ digunakan untuk menginduksi diabetes melitus pada hewan coba. Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental menggunakan post test only control group design. Sampel yang digunakan adalah 36 ekor tikus Wistar (Rattus norvegicus) jantan dewasa yang dibagi menjadi dua kelompok, yaitu kelompok kontrol yang diberikan plasebo + STZ (13 mg/200 gr BB) dan kelompok perlakuan yang diberikan ekstrak kulit pinus (3,6 mg/200 gr BB) + STZ (13 mg/200 gr BB). Plasebo dan pycnogenol diberikan sekali setiap hari selama enam hari dan induksi STZ dilakukan sebanyak satu kali secara intraperitoneal pada hari pertama perlakuan, 6 jam setelah pemberian plasebo/ ekstrak kulit pinus. Setelah 6 hari perlakuan, dilakukan pemeriksaan post test histopatologi jumlah sel beta pankreas dan glukosa darah puasa tikus. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah sel beta pankreas kelompok kontrol adalah 55,22±12,54 sel/5 lapang pandang dan pada kelompok perlakuan adalah 105,83±12,96 sel/5 lapang pandang (91,6%), sedangkan kadar glukosa darah puasa kelompok kontrol adalah 179,63±19,45 mg/dl dan pada kelompok perlakuan adalah 94,81±9,64 mg/dl (47,22%). Uji komparabilitas menunjukkan rerata jumlah sel beta pankreas dan glukosa darah puasa kedua kelompok setelah perlakuan menunjukkan perbedaan yang sangat bermakna (p<0,01). Berdasarkan hasil penelitian diatas dapat disimpulkan bahwa pemberian ekstrak kulit pinus dengan dosis 3,6 mg/200 gr BB secara oral mampu mencegah penurunan jumlah sel beta pankreas sebesar 91,6% dan mencegah peningkatan kadar glukosa darah puasa sebesar 47,22% pada tikus Wistar yang diinduksi STZ.
87
Kata kunci: ekstrak kulit pinus maritim perancis, diabetes melitus, sel beta pankreas, glukosa darah puasa ABSTRACT ORAL ADMINISTRATION OF FRENCH MARITIME PINE BARK EXTRACT (Pinus pinaster) PREVENT THE DECREASING OF PANCREATIC BETA CELLS AND PREVENT THE INCREASING LEVEL OF FASTING BLOOD GLUCOSE IN MALE WISTAR RATS (Rattus norvegicus) INDUCED BY STREPTOZOTOCIN Diabetes mellitus is one of the degenerative diseases that often occur along with the aging process. There is a progressive changes in the stucture of pancreatic beta cells in diabetes mellitus, which cause hyperglycemia. This hyperglycemia condition will accelerate the formation of reactive oxygen species (ROS) that will lead to the further destruction of pancreatic beta cells. Antioxidant is required to prevent the further oxidative damage to the pancreas. French maritime pine bark extract is a strandardized extract of french maritime pine bark (Pinus pinaster subsp. Atlantica) which contain procyanidins, catechin and epicatechin. Pine bark extract has been reported to have a potent free radical scavenger so that it can protect the body cells against the negative effect of ROS which involved in the development of diabetes. The purpose of this study was to determine the protective effect of pine bark extract against the pancreatic beta cells of experimental animal induced by streptozotocin (STZ). STZ was used to induced diabetes mellitus in animal model. This study was an experimental study using post test only control group design. The samples used were 36 adult male Wistar rats (Rattus norvegicus) which were divided into two groups: a control group which were given placebo + STZ (13 mg/200 g BW) and the treatment group which were given oral pine bark extract (3.6 mg/200 g BW) + STZ (13 mg/200 g BW). Placebo and pine bark extract was given once daily for six days and STZ induction was given in single dose intraperitoneally on the first day of treatment, 6 hours after administration of placebo / pycnogenol. Post test histopathological examination of pancreatic beta cells number and fasting blood glucose were done after 6 days of treatment. The results showed that the number of pancreatic beta cells in the control group was 55.22 ± 12.54 cells/5 field of vision, while the treatment group was 105.83 ± 12.96 cells/5 field of vision (91.6%), and fasting blood glucose level in the control group was 179.63 ± 19.45 mg / dl, and the treatment group was 94.81 ± 9.64 mg / dl (47.22%). Comparability test showed that the average number of pancreatic beta cells and fasting blood glucose level after treatment in both groups showed highly significant differences (p <0.01). Based on the above results it can be concluded that oral administration of pine bark extract at 3,6 mg/200 gr BW dose were capable in preventing the decrease number of pancreatic beta cells in male Wistar rats induced by STZ by 91,6% and prevent the increasing level of fasting blood glucose by 47,22%.in Wistar rats induced by STZ Keywords : french maritime pine bark extract, diabetes mellitus, pancreatic beta
88
cell, fasting blood glucose DAFTAR ISI
Halaman SAMPUL DALAM .........................................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ..................................................
ii
LEMBAR PENETAPAN PENGUJI ..............................................................
iii
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................
iv
ABSTRAK .......................................................................................................
viii
ABSTRACT ..................................................................................................
ix
DAFTAR ISI ..................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xiii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
xiv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ..................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xvii BAB I
BAB II
PENDAHULUAN ..........................................................................
1
1.1
Latar Belakang .......................................................................
1
1.2
Rumusan Masalah .................................................................
7
1.3
Tujuan Penelitian ..................................................................
7
1.4
Manfaat Penelitian ................................................................
8
KAJIAN PUSTAKA ......................................................................
9
2.1
Penuaan .................................................................................
9
2.1.1 Definisi Penuaan .......................................................
9
2.1.2 Tahap-tahap Proses Penuaan .....................................
9
2.1.3 Teori Penuaan ............................................................
10
89
2.2
2.1.4 Penyebab Penuaan .....................................................
15
Diabetes Melitus ....................................................................
15
2.2.1 Definisi Diabetes Melitus ..........................................
15
2.2.2 Gambaran Histologis Pankreas Diabetes Melitus .....
16
2.2.3 Mekanisme Kerusakan Sel Beta Pankreas pada Diabetes 18
Melitus
2.3
2.2.4 Pilar Penatalaksanaan Diabetes Melitus .....................
20
2.2.5 Diabetes Melitus dan Proses Penuaan .......................
26
Streptozotocin .......................................................................
28
2.3.1 Definisi ......................................................................
28
2.3.2 Mekanisme Stitotoksik Streptozotocin Terhadap Pankreas
2.4
....................................................................................
29
Ekstrak Kulit Pinus (Pinus pinaster)/ Pycnogenol® .............
31
2.4.1 Definisi Ekstrak Kulit Pinus (Pinus pinaster) ...........
31
2.4.2 Struktur Molekul, Absorpsi dan Metabolisme ..........
32
2.4.3 Profil Farmakologis Ekstrak Kulit Pinus (Pinus pinaster) ....................................................................................
35
2.4.4 Ekstrak Kulit Pinus (Pinus pinaster) dan Diabetes ...
37
2.4.5 Mekanisme Ekstrak Kulit Pinus (Pinus pinaster) dalam Melindungi Sel beta Pankreas dan Meregulasi Glukosa Darah ....................... 39 BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP, DAN HIPOTESIS PENELITIAN ......................................................................................................... 42 3.1
Kerangka Berpikir .................................................................
42
3.2
Konsep Penelitian...................................................................
44
3.3
Hipotesis Penelitian ...............................................................
44
BAB IV METODE PENELITIAN ...............................................................
46
90
4.1
Rancangan Penelitian ............................................................
46
4.2
Tempat dan Waktu Penelitian ...............................................
48
4.2.1 Tempat Penelitian ......................................................
48
4.2.2 Waktu Penelitian .......................................................
48
Populasi dan Sampel Penelitian ............................................
48
4.3.1 Populasi Penelitian .....................................................
48
4.3.2 Sampel Penelitian ......................................................
49
4.3.3 Penentuan Besar Sampel ...........................................
49
4.3.4 Cara Pengambilan Sampel ........................................
50
Variabel Penelitian ................................................................
50
4.4.1 Identifikasi Variabel ..................................................
50
4.4.2 Klasifikasi Variabel ...................................................
50
4.4.3 Definisi Operasional Variabel ...................................
51
4.4.4 Hubungan Antar Variabel .........................................
53
4.5
Bahan Penelitian ....................................................................
53
4.6
Instrumen Penelitian ..............................................................
54
4.7
Prosedur Penelitian ................................................................
54
4.7.1 Pelaksanaan Penelitian ..............................................
54
4.7.2 Pembuatan dan Pengamatan Histopatologi Pankreas
56
4.7.3 Pemeriksaan Kadar Glukosa Puasa ...........................
58
4.8
Alur Penelitian ......................................................................
59
4.9
Analisis Data .........................................................................
60
HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................
61
5.1
Hasil Penelitian .....................................................................
61
5.1.1 Analisis Deskriptif......................................................
61
4.3
4.4
BAB V
91
5.1.2 Uji Komparabilitas .....................................................
63
Pembahasan Hasil Penelitian .................................................
67
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN.............................................................
73
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
74
LAMPIRAN ..................................................................................................
80
5.2
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1
Foto Mikrograf Sel Beta Pulau Langerhans dengan Pewarnaan Immunohistokimia ................................................................ 18
Gambar 2.3
Mekanisme kematian sel beta pankreas ................................
19
Gambar 2.4
Struktur Kimia Streptozocin ..................................................
28
92
Gambar 2.5
Mekanisme sitotoksik dari STZ pada sel beta pankreas .......
30
Gambar 2.6
Struktur Dasar Proanthocyanidins .........................................
33
Gambar 2.7
Komponen Pycnogenol ..........................................................
34
Gambar 3.1
Kerangka Konsep ..................................................................
43
Gambar 4.1
Rancangan Penelitian ............................................................
44
Gambar 4.2
Hubungan Antar Variabel ......................................................
51
Gambar 4.3
Bagan Alur Penelitian ...........................................................
57
Gambar 5.1
Gambar Histopatologi Pankreas Tikus Kelompok Kontrol (P0) (pembesaran 400x) ................................................................ 62
Gambar 5.2
Gambar Histopatologi Pankreas Tikus Kelompok Perlakuan (P1) (pembesaran 400x) ................................................................ 63
Gambar 5.3
Grafik Perbandingan Rerata Jumlah Sel Beta Pankreas Antar Kelompok Setelah Perlakuan .................................................
65
Grafik Perbandingan Kadar Glukosa Darah Puasa Antar Kelompok Setelah Perlakuan .................................................
66
Gambar 5.4
93
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 5.1 Hasil Analisis Deskriptif Rerata Jumlah Sel Beta Pankreas ...........
60
Tabel 5.2 Hasil Analisis Deskriptif Kadar Glukosa Darah Puasa ...................
61
Tabel 5.3 Perbedaan Rerata Jumlah Sel Beta Pankreas Antar Kelompok Setelah Perlakuan ........................................................................................ 62 Tabel 5.4 Perbedaan Kadar Glukosa Darah Puasa Antar Kelompok Setelah Perlakuan .........................................................................................
94
63
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
SINGKATAN AAM
: Anti-Aging Medicine
ADA
: American Diabetes Association
BNF
: Buffer Neutral Formalin
CAT
: Catalase
CDC
: Centers for Disease Control and Prevention
COX-2
: Cyclooxygenase-2
DM
: Diabetes Melitus
DNA
: deoxyribonucleic acid
GA
: Glycated Albumin
GC-MS
: Gas Chromatography–Mass Spectrometry
GLP-1
: Glucagon-Like Peptide-1
GLUT 4
: Glucose transoporter 4
GPx
: Glutathione Peroxidase
GR
: Glutathione Reductase
GRAS
: Generally Recognized As Safe
GSIS
: Glucose-Stimulated Insulin Secretion
GSPs
: Grape Seed Proanthocyanidins
GST
: Glutathione-S-Transferase
HPLC
: High Pressure Liquid Chromatography
IAPP
: Islet Amyloid Polypeptide
IDF
: International Diabetes Federation
IL-1β
: Interleukin-1β
95
iNOS
: Inducible Nitric Oxide Synthase
MMP
: Matrix Metalloproteinase
NF-kB
: Nuclear Factor-kB
NO
: Nitric Oxide
OAD
: Obat Anti Diabetik
OGTT
: Oral Glucose Test Tolerance
OHO
: Obat Hipoglikemik Oral
PBS
: Phospat Buffered Saline
RE
: Retikulum Endoplasmik
ROS
: Reactive Oxygen Species
SOD
: Superoxide Dismutase
STZ
: Streptozotocin
TZD
: Tiazolidindion
UKPDS
: The United Kingdom Prospective Diabetes Study
WHO
: World Health Organization
96
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1 Keterangan Kelaikan Etik (Ethical Clearance) .............................
80
Lampiran 2 Hasil Analisa Pycnogenol ..........................................................
81
Lampiran 3 Tabel Konversi Perhitungan Dosis untuk Berbagai Jenis Hewan dan Manusia ...................................................................................... 82 Lampiran 4 Data Hasil Penelitian Jumlah Sel Beta Pankreas .......................
83
Lampiran 5 Analisa Data Jumlah Sel Beta Pankreas ....................................
84
Lampiran 6 Data Hasil Penelitian Kadar Glukosa Darah Puasa ....................
86
Lampiran 7 Analisa Data Kadar Glukosa Darah Puasa ................................
87
97
