Sabtu, 01 Juni 2013

Mekanisme Kerja Insulin pada Ternak

Definisi Insulin

            Insulin adalah suatu hormon berbahan dasar protein, disekresikan oleh sekelompok sel di dalam pankreas yang disebut pulau Langerhans (Langerhans  islet). Pulau Langerhans tersebar di antara  bagian  eksokrin  pankreas. Pankreas pada dasarnya bersifat sebagai kelenjar eksokrin yang berfungsi untuk menghasilkan enzim-enzim pencernaan, juga sebagai kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon (Cunningham dan Klein, 2007; Norris, 2007).

            Pulau Langerhans pada mamalia mengandung  lima  jenis  sel  endokrin, antara lain sel insulin (β),  glukagon  (α),  somatostatin  (SS),  dan polypeptide pancreas (PP). Secara  umum  topografi  sel insulin berada di tengah, sel glukagon dan sel PP berada di perifer atau di sepanjang tepi pulau Langerhans  sedangkan  sel-sel  somatostatin berada di antara sel-sel glukagon, sel insulin serta sel PP. Susunan ini berbeda  pada  hewan  kuda,  lokasi sel  insulin tersebut berada di perifer sedangkan sel glukagon  di  bagian  tengah  pulau Langerhans (Norris, 2007; Huang et al., 2009). Urutan asam amino pada struktur insulin ayam dan burung unta identik. Struktur insulin identik pada itik Peking, entok, dan angsa. Dibandingkan insulin ayam dan mamalia, insulin itik memiliki potensi dan afinitas pengikatan terhadap reseptor yang lebih rendah (Scanes, 2012).


            Hormon yang memiliki fungsi berlawanan dengan insulin adalah glukagon. Insulin menyebabkan glukosa dalam darah dapat diserap oleh sel. Saat insulin mencapai permukaan sel, sel akan mengaktifkan reseptor insulin untuk menyerap glukosa ke dalam sel. Glukagon menyebabkan glukosa yang disimpan dalam sel hati dilepaskan ke dalam darah sehingga terjadi kenaikan kadar glukosa darah. Glukagon juga memicu hati dan beberapa sel otot untuk menyintesis glukosa dari komponen nutrien lain, misalnya glikogen dan protein (Scanes, 2012).

Mekanisme Kerja Insulin secara Umum

            Insulin darah dan konsentrasi glukosa dipengaruhi oleh pakan, jenis kelamin, dan umur.  Level insulin pada pagi hari adalah yang terendah, yaitu saat ternak belum diberi pakan. Level insulin menurun selama kebuntingan dan menjadi lebih rendah selama laktasi dibandingkan dengan saat kering kandang. Pada sapi tidak ada pola perubahan insulin yang dipengaruhi musim. Ukuran sensitivitas insulin menunjukkan kemampuan jaringan perifer untuk merespon insulin eksogenous. Berbagai metode telah digunakan untuk mengukur sensitivitas insulin dan tingkat resistensi insulin. Uji yang umum dilakukan yaitu uji toleransi glukosa intravena (Intravenous Glucose Tolerance Test/ IVGTT) yang dapat diterapkan pada manusia maupun ternak. Sejumlah glukosa diinfusikan ke dalam tubuh dan respon insulin darah diukur secara berkesinambungan (Sternbauer, 2005).


       Insulin tidak dapat memasuki sel secara langsung sehingga memerlukan suatu reseptor. Peningkatan glukosa darah menyebabkan insulin dilepaskan ke darah. Insulin terikat dalam subunit α eksternal pada reseptor sehingga terjadi perubahan konformasi. Reseptor tersebut melakukan pengikatan unsur fosfor sendiri (autofosforilase) terhadap residu tirosin dalam subunit β internalnya sehingga reseptor tersebut menjadi kinase yang aktif. Kromodulin disimpan dalam sitosol dan nukleus  sel yang sensitif terhadap insulin sebagai suatu bentuk apo (nonaktif) yang disebut apokromodulin. Peningkatan konsentrasi insulin dalam plasma darah merupakan respon atas transportasi kromium dari dalam darah menuju sel-sel yang membutuhkan insulin. Kromium dapat meningkatkan kerja insulin, tetapi tidak dapat menggantikan insulin. Kromium dapat meningkatkan pengikatan insulin dan meningkatkan jumlah reseptor insulin pada permukaan sel dan sensitivitas sel β pankreas yang bersamaan dengan keseluruhan peningkatan sensitivitas insulin. Dengan demikian, kromium bekerja sebagai kofaktor bagi insulin (Pechova dan Pavlata, 2007)
  

            Penelitian pada hewan secara in vivo maupun in vitro membuktikan bahwa vitamin D mempengaruhi sekresi dan sensitivitas insulin. Sel-sel pankreas mengekspresikan reseptor vitamin D (VDR) dan juga pivotal enzim 1 hidroksilase. VDR juga diekspresikan di sel otot rangka manusia dan jaringan adiposa yang merupakan penentu utama sensitivitas insulin periferal. Ekspresi VDR oleh otot rangka dan sensitivitas insulin menurun sesuai pertambahan usia. Defisiensi vitamin D mempengaruhi sekresi insulin dan sensitivitasnya melalui kalsium intraseluler. Peningkatan kalsium intraseluler mengganggu aksi pengikatan insulin pada reseptor akhir, misalnya pada defosforilasi sintase glikogen dan insulin pembawa glukosa teregulasi (GLUT-4). Defisiensi vitamin D menyebabkan kenaikan kadar hormon paratiroid yang menyebabkan kenaikan kalsium intraseluler. Kenaikan kalsium intraseluler yang terus-menerus terjadi akan menghambat transport glukosa ke sel-sel target insulin. Sel-sel pankreatik bergantung pada kenaikan kalsium intraseluler untuk mensekresikan insulin.  Mekanisme lainnya yaitu kenaikan kalsium intraseluler meningkatkan kalmodulin untuk mengikat reseptor substrat insulin (IRS-1) yang terlibat dalam fosforilasi tirosin dan aktivasi PI3-kinase. Dengan demikian hormon paratiroid bekerja secara antagonis dengan sensitivitas insulin  (Alvarez dan Ashraf, 2010).

        Resistensi insulin terjadi saat konsentrasi insulin normal menghasilkan respon di bawah normal. Beberapa macam obat, misalnya β2-reseptoragonis, β2-RA, dan glukokortikoid dapat menghasilkan resistensi insulin pada sapi. β2-RA clenbuterol yang dikenal sebagai pemicu pertumbuhan ilegal di beberapa negara dapat memicu pertumbuhan otot dan mencegah pertambahan lemak. Obat ini dapat menghambat kontraksi uterus dalam pengobatan distokia untuk sapi dan kuda betina. Obat-obatan glukokortikoid dapat menimbulkan efek metabolik yang tidak baik bagi sensitivitas insulin. Glukokortikoid biasa digunakan dalam kasus ketosis. Obat ini meningkatkan konversi asam amino menjadi glukosa dan menghambat penggunaan glukosa periferal. Resistensi insulin yang diakibatkan oleh obat dapat membahayakan anak sapi. Injeksi tunggal clenbuterol dapat menyebabkan resistensi insulin dalam waktu singkat (kurang dari 6 jam). Perlakuan pakan dan peningkatan aktivitas fisik tidak terlalu berpengaruh bagi sensitivitas insulin. Pakan dengan kandungan konsentrat yang tinggi dapat meningkatkan level glukosa darah pada sapi dara setelah satu minggu (Sternbauer, 2005).


Mekanisme Sekresi Insulin pada Unggas

            Insulin dilepaskan saat ada surplus glukosa dalam darah. Sekresi insulin pada pankreas ayam meningkat karena peningkatan glukosa darah setelah ayam mengonsumsi pakan, berbanding terbalik dengan kadar glukagon dalam darah. Efek stimulatoris dari glukagon rupanya tidak menjadi faktor yang menentukan kadar insulin setelah ayam mengonsumsi pakan karena konsentrasi glukagon sangat rendah saat kadar insulin meningkat (DeBeer et al, 2008)
            Konsentrasi insulin yang disirkulasikan meningkat akibat adanya glukokortikoid dan deksametason. Sama halnya pada itik, sekresi insulin meningkat akibat peningkatan glukosa, arginin, atau asam oleat. Insulin berperan penting pada metabolisme karbohidrat dan lemak. Insulin meningkatkan penyimpanan energi sebagai glikogen pada hati dan otot serta trigliserida pada jaringan adipose. Peranan fisiologis insulin pada unggas didukung oleh peningkatan konsentrasi glukosa yang disirkulasikan apabila ayam diberi antisera yang menghambat insulin. Pada metabolisme lemak, asam lemak disintesis sebagian besar di dalam hati unggas di bawah kendali hormon metabolik. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa lipogenesis terjadi secara in vitro saat ada insulin dan trigliserida. Insulin juga menstimulasi penyerapan asam lemak bebas oleh sel-sel hepatosit itik. Insulin tidak menekan efek lipolitik glukagon pada jaringan adiposa ayam (Scanes, 2012).

Pengaruh Insulin terhadap Perkembangan Gonad Unggas

            Sintesis insulin pada embrio ayam telah terdeteksi sebelum sel beta pankreas diketahui. Hormon tersebut juga ada pada bahan penyusun telur sebelum fertilisasi. Insulin meningkatkan pertumbuhan dan diferensiasi pada embrio anak ayam awal. Reseptor insulin telah ada pada otak embrio anak ayam dan berbagai jaringan lainnya. Perkembangan sistem saraf dipengaruhi oleh insulin dan IGF 1. Insulin juga mempengaruhi proliferasi (perbanyakan sel) dan steroidogenesis (produksi hormon steroid) dari sel-sel Leydig, Sertoli, dan peritubular pada testis anak ayam perinatal sehingga sel-sel testis dapat memproduksi IGF 1, fibroblast growth factors, dan tumor necrosis factor (Bobes et al., 2001).
        Ada beberapa penelitian mengenai pengaruh insulin pada perkembangan gonad embrio ayam. Metode yang dilakukan yaitu dengan mengkultur secara in vitro sel-sel dari gonad anak ayam yang baru menetas, lalu diinduksi dengan insulin. Hormon reproduksi seperti hCG dan FSH juga digunakan sebagai pembanding, hasilnya yaitu insulin lebih mampu meningkatkan proliferasi (perbanyakan) sel gonad anak ayam dibandingkan hormon reproduksi.
            Insulin meningkatkan produksi androgen basal pada sel kultur dari anak ayam yang baru menetas dan meningkatkan respon sel-sel ini terhadap hCG. Produksi androgen basal pada testis anak ayam umur 18 hari tidak berubah, tetapi berkembang dalam merespon hCG. Insulin juga meningkatkan proliferasi sel-sel testis embrio anak ayam (Bobes et al., 2001).
            Insulin meningkatkan penyerapan 3-thymidine oleh sel-sel ovarium anak ayam. Insulin meningkatkan sintesis DNA dan proliferasi sel pada berbagai jaringan.  Sel-sel ovarium sensitif terhadap induksi insulin dalam proses sintesis DNA, sedangkan induksi FSH tidak berpengaruh nyata. Meskipun demikian, reseptor FSH telah terbentuk setelah 18 – 24 jam kultur sehingga siap merespon stimulus dari gonadotropin untuk memproduksi estradiol. hCG tidak mampu meningkatkan jumlah sel ovarium atau konsumsi thymidine karena hCG ini hanya berfungsi sebagai modulator steroidogenesis, bukan sebagai induktor untuk proliferasi sel (Velasquez et al, 2006).


Mekanisme Kerja Insulin pada Ruminansia Laktasi

            Pada sapi perah, insulin dan sensitivitas jaringan dapat dipelajari dengan uji toleransi glukosa. Insulin berperan dalam mengatur partisi nutrien setlah melahirkan dan mobilisasi lemak. Awal laktasi ditandai dengan penurunan glukosa darah akibat level insulin yang relatif rendah. Akibatnya keseimbangan energi menjadi negatif selama 70 hari setelah melahirkan. Kadar insulin, glukosa darah, dan sensitivitas jaringan terhadap insulin menjadi lebih rendah dibandingkan saat sebelum melahirkan. Kondisi ini berbeda-beda untuk tiap bangsa sapi. Sapi Friesian Holstein menunjukkan respon lipolitik yang lebih besar daripada sapi Jersey saat terjadi defisiensi energi. Sapi perah memiliki konsentrasi insulin darah dan respon insulin yang lebih rendah daripada sapi potong saat diinjeksi glukosa (Jaakson et al, 2010).
            Periode keseimbangan energi negatif pada awal laktasi ditandai dengan berkurangnya konsentrasi glukosa dan insulin dalam darah serta peningkatan konsentrasi hormon pertumbuhan (GH). Terjadi peningkatan konsentrasi growth factor yang menyerupai insulin (IGF-I) sebagai respon atas peningkatan plasma insulin selama periode keseimbangan energi negatif yang disebabkan oleh GH (Butler et al, 2003).
            Strategi pakan untuk meningkatkan fertilitas pada sapi perah antara lain dengan memberikan pakan tinggi insulin hingga sapi mencapai aktivitas siklus ovarium setelah melahirkan, kemudian dilanjutkan dengan pakan rendah insulin sampai saat dikawinkan. Peningkatan insulin dalam plasma darah bermanfaat bagi perkembangan folikuler untuk mempercepat kelanjutan aktivitas siklus ovarium, tetapi berdampak negatif bagi perkembangan oosit.  Kadar insulin yang tinggi juga memiliki efek merugikan bagi pematangan oosit setelah pengkulturan folikel. Insulin dapat meningkatkan jumlah folikel dan diameter folikel ovarium  (Garnsworthy et al, 2010).
            Ada perbedaan kadar insulin antara sapi yang diberi pakan tinggi pati dan tinggi lemak, walaupun produksi susu dan keseimbangan energi sapi-sapi tersebut tidak berbeda. Konsentrasi insulin berubah dengan cepat saat terjadi perubahan pakan karena insulin berperan dalam mekanisme homeostasis glukosa.  Pakan yang memicu kenaikan konsentrasi insulin mampu menstimulasi ovulasi sapi perah pada 50 hari setelah melahirkan. Insulin berfungsi untuk memperbaiki siklus ovarium agar normal kembali setelah melahirkan. Sapi akan menunjukkan fluktuasi FSH dari 3 – 5 hari setelah melahirkan, serta gelombang folikuler pada 7 – 10 hari setelah melahirkan.  Ovulasi dibatasi oleh rendahnya kadar insulin yang ditunjukkan oleh folikel dominan atau sekresi LH yang tidak memadai  (Garnsworthy et al, 2010).
            Peningkatan jumlah folikel kecil berkaitan dengan konsentrasi FSH yang lebih rendah, yang tergantung pada estradiol, inhibin, atau konsentrasi FSH. Penurunan FSH dan peningkatan LH berkaitan dengan diferensiasi dan pematangan folikel dominan, yang mampu meningkatkan ovulasi. Stimulasi insulin meningkatkan jumlah folikel dan menguatkan pengiriman sinyal sehingga meningkatkan jumlah folikel dominan (Garnsworthy et al, 2010).
           
Perbandingan Antara Ruminansia dan Nonruminansia


            Ruminansia dewasa dan ternak monogastrik omnivora berbeda dalam proses suplai glukosa. Ternak monogastrik omnivora memenuhi kebutuhan glukosa terutama dari absorbsi secara enteral, sedangkan ruminansia melalui glukoneogenesis secara  endogenous dengan propionat sebagai prekursor utama. Karena itu, ruminansia dewasa menjadi kurang sensitif terhadap insulin jika dibandingkan dengan monogastrik omnivora (Duhlmeier et al, 2005).  Insulin sapi memiliki 3 asam amino dan ada reaksi silang sehingga berbeda dengan insulin manusia. Insulin disintesis dalam sel β pada pankreas kelenjar Langerhans. Peredaran insulin merupakan suatu proses anabolik karena menstimulasi sintesis protein, lemak, dan glikogen. Insulin mengurangi ketogenesis dan glukoneogenesis dalam hati namun memicu penyerapan glukosa, asam amino, dan badan keton pada jaringan otot (Sternbauer, 2005).
            Otot rangka adalah jaringan utama yang banyak memanfaatkan glukosa dan sensitif terhadap insulin. Penyerapan glukosa miosit diperantarai oleh 2 glikoprotein transport yang spesifik. Insulin Independent Glucose Transporter 1 (GLUT 1) terutama terdapat pada membran plasma sel, dan berfungsi sebagai distributor glukosa basal untuk miosit. Insulin Regulated Glucose Transporter 4 (GLUT 4) didaur ulang di antara membran plasma dan kutub tubulovesikular intraselular, yang terkait dengan vesikel sitoplasmik selama fase hiperglikemia. Selama fase ini, insulin disekresikan dari endokrin pankreas dan menstimulasi penyerapan glukosa miosit dengan meningkatkan translokasi GLUT 4 intraselular ke dalam membran plasma. Kedua transporter ini sangat penting bagi ruminansia maupun monogastrik. Tidak ada perbedaan antara tikus, babi, dan sapi dalam menyesuaikan urutan GLUT 1 (Duhlmeier et al, 2005). Namun dibandingkan mamalia, insulin itik memiliki potensi dan afinitas pengikatan terhadap reseptor yang lebih rendah (DeBeer et al, 2008).


KESIMPULAN

            Insulin merupakan hormon yang membutuhkan reseptor untuk dapat memasuki sel dan mendistribusikan glukosa ke dalam sel. Insulin juga membutuhkan kofaktor untuk mempercepat reaksi metabolisme. Faktor-faktor yang meningkatkan konsentrasi insulin adalah glukosa dan hormon glukokortikoid, dan obat-obatan golongan glukokortikoid seperti deksametason. Faktor-faktor yang menyebabkan resistensi insulin yaitu obat-obatan β2-reseptoragonis, β2-RA, dan glukokortikoid. Perbedaan mekanisme kerja insulin pada ruminansia dan nonruminansia yaitu dalam hal afinitas insulin terhadap reseptornya serta sensitivitasnya. Persamaan mekanisme kerja insulin pada unggas maupun ruminansia yaitu dalam proses pendistribusian insulin ke sel, serta persamaan fungsi insulin dalam mempengaruhi metabolisme karbohidrat, lemak,  dan fungsi organ reproduksi.

DAFTAR PUSTAKA

Alvarez, J.A. dan A. Ashraf. 2010. Role of vitamin D in insulin secretion dan insulin sensitivity for glucose homeostasis. 

Bobes, R.J., J.I. Castro, C. Mirdana, dan M.C. Romano. 2001. Insulin modifies     the proliferation dan function of chicken testis cells. 

Butler, S.T., A.L. Marr, S.H. Pelton, R.P. Radcliff, M.C. Lucy dan W.R. Butler. 2003. Insulin restores GH responsiveness during lactation-induced negative energy balance in dairy cattle: effects on expression of IGF-I dan GH receptor 1A.

De Beer, M.,  J.P. McMurtry, D.M. Brocht, dan C.N. Coon. 2008. An examination of the role of feeding regimens in regulating metabolism during the broiler breeder grower period. 

Duhlmeier, R., A. Hacker, A. Widdel, W. von Engelhardt, dan H.P. Sallmann. 2005. Mechanisms of insulin-dependent glucose transport into porcine dan bovine skeletal muscle. 

Garnsworthy, P.C., A.A. Fouladi-Nashta, G.E. Mann, K.D. Sinclair dan R. Webb. 2009. Effect of dietary-induced changes in plasma insulin concentrations during the early post partum period on pregnancy rate in dairy cows. 

Huang, Y.H., M.J. Sun, M. Jiang, dan B.Y. Fu. 2009 . Immunohistochemical  localization of glucagon dan pancreatic polypeptide  on rat  endocrine pancreas: coexistence  in  rat  islet  cells. 

Jaakson, H., K. Ling, J. Samarütel, A. Ilves, T. Kaart, dan O. Kärt. 2010. Field trial on glucose-induced insulin dan metabolite responses in Estonian Holstein dan Estonian Red dairy cows in two herds. 

Norris, D.O. 2007. Vertebrate Endocrinology. 4th ed. Elsevier Inc.,United State.

Pechova, A. dan L. Pavlata. 2007. Chromium as an essential nutrient: a review.

Scanes, C.G. 2012. Hormones dan Metabolism in Poultry. University of Wisconsin, Milwaukee.

Sternbauer, K. 2005. Metabolic Studies in Cattle using the Hyperinsulinemic Euglycemic Clamp Technique. Swedish University of Agricultural  Sciences, Uppsala. (Doctoral Thesis)

Velazquez, P.N., Peraltal, R.J. Bobes, dan M.C. Romanof. 2006. lnsulin stimulates proliferation but not 17p-estradiol production  in cultured chick embryo ovarian cells.



Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Silahkan berkomentar di sini, tapi gunakan bahasa yang sopan & jangan menyinggung suku, agama / ras