Pengaruh Aktivitas Eksentrik terhadap Kadar Glucose Transporter Tipe 4 pada Otot Gastrocnemius Mencit Diabetes Melitus yang Diinduksi Streptozotocin
The Effect of Eccentric Activity on Glucose Transporter Type 4 in Gastrocnemius Muscle of Streptozotocin-induced Diabetes Mellitus Mice
Handoko Adelia 1 , Purwanto Bambang 2 , Mustika Arifa 3
1 Laboratorium Fisiologi Fakultas Kedokteran Universitas Jember Jalan Kalimantan No. 37, Jember, Indonesia, 68121
2 Departemen Fisiologi Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga
3 Departemen Farmakologi Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga Jalan Mayjen Prof. Dr. Moestopo No. 47, Surabaya, Indonesia, 60132 e-mail korespondensi: adelia.fk@unej.ac.id

## Abstrak
Diabetes  melitus  adalah  penyakit  metabolik  dengan  angka  mortalitas  yang  terus  meningkat.  Pada penderita diabetes mellitus didapatkan penurunan kadar GLUT-4 sehingga berdampak pada peningkatan glukosa  darah postprandial .  Tatalaksana  penyakit  diabetes  terus  berkembang  sampai  saat  ini,  salah satunya dengan olah raga. Olah raga yang sedang berkembang saat ini adalah olahraga berbasis kontraksi eksentrik  yang  berpotensi  dapat  meningkatkan  kadar  GLUT-4  otot.  Tujuan  dari  penelitian  ini yaitu mengetahui  pengaruh  aktivitas  eksentrik  terhadap  kadar  GLUT-4  otot  gastroknemius  mencit  diabetes melitus.  Pada  penelitian  ini  mencit  model  diabetes  dibagi  menjadi  2  kelompok  secara  acak,  kelompok perlakuan  diberikan  perlakuan  tunggal  lari  diatas treadmill dengan  sudut  deklinasi  10 o dan  kelompok kontrol  diberikan  perlakukan  lari  diatas treadmill dengan  sudut  0 o .  Kedua  kelompok  dikorbankan  untuk diperiksa  kadar  GLUT-4  otot.  Data  dianalisis  menggunakan independent  t-test .  Hasil  penelitian berdasarkan independent  t-test ,  kadar  GLUT-4  otot  memiliki  perbedaan  yang  bermakna  (p<0,05). Kesimpulan  dari  penelitian  ini  adalah  aktivitas  eksentrik  sesaat  lari downhill sudut  deklinasi  10 o meningkatkan kadar GLUT-4 otot.
Kata kunci: Glucose Transporter Type 4 , eksentrik, Diabetes Melitus, Otot

## Abstract
Diabetes  mellitus  (DM)  is  a metabolic  disorder  with  increasing  mortality  rate.  Decrease  in  GLUT-4  levels was  found  in  diabetics  resulting  in  an  increase  in  postprandial  blood  glucose  levels.  Various  innovative treatment  have  been  developed,  one  of  them  is  exercise.  Exercise  is  growing  fast  today,  especially eccentric  contraction  based  exercise  that  potentially  increase  GLUT-4  muscle ’s  level .  The  aim  of  the present  study  was  to  investigate  the  effect  of  eccentric  activity  on  glucose  transporter  type  4  in gastrocnemius  muscle  of  streptozotocin-induced  diabetes  mellitus  mice.  Diabetic  mice  were  grouped randomly into 2 groups. One group was given single bout of eccentric excercise by downhill running on 10 o degree  decline  treadmill  and  the  other  group  was  given  eccentric  activity  by  downhill  running  on  0 o degree.  The GLUT-4 muscle’s level were measured  after treadmill.  Data obtained from each group were then  analyzed  using  independent  t-test,  significant  results  were  found  (p<0.05).  The  conclusion  of  this study  is  single  bout  eccentric  downhill  running  activity  with  10 o angel  increases  the  levels  of  GLUT-4 muscles.
Key words: Glucose Transporter Type 4, eccentric, Diabetes Mellitus, Muscle

## Pendahuluan
Diabetes  melitus  (DM)  merupakan  penyakit metabolik  yang  mortalitasnya  semakin  meningkat. Diabetes  melitus  digolongkan  menjadi  DM  tipe  1, DM  2,  diabetes  gestasional  dan  diabetes  tipe  lain. Diabetes  Melitus  tipe  2  diderita  oleh  90%  dari seluruh  penderita  DM.  Gangguan  ambilan  glukosa ditemukan  pada  penderita  DM,  protein  yang berperan  utama  dalam  ambilan  glukosa  adalah glucose  transporter -4  (GLUT-4).  Penurunan  GLUT-4 yang  ditemukan  pada  penderita  DM  menyebabkan peningkatan  kadar  glukosa  darah  postprandial (Ciaraldi et al. , 2005; Suyono, 2006).
Berbagai  pendekatan  inovatif  telah  dilakukan  untuk mencegah  dan  mengatasi  DM.  Penelitian  tentang peran  olah  raga  sebagai  terapi  DM  mengalami banyak perkembangan. American Diabetes Association (ADA) dan Persatuan Diabetes Indonesia (PERSADIA)  merekomendasikan  olah  raga  aerobik bagi  para  penderita  DM.  Penelitian  oleh  Marcus (2008)  menyebutkan  bahwa  kombinasi  latihan aerobik  berbasis  kontraksi  eksentrik  memberikan manfaat  yang  baik.  Kontraksi  eksentrik  terjadi  saat gaya  beban  lebih  besar  dari  pada  gaya  otot  dan ditandai  dengan  pemanjangan  otot.  Contoh  umum dari  latihan  eksentrik  adalah  lari downhill. Konsep latihan  eksentrik  lari  downhill  dapat  dilakukan dengan  pemberian  sudut  deklinasi  pada treadmill. Latihan  aerobik  berbasis  kontraksi  eksentrik  dengan intensitas ringan-sedang dapat meningkatkan ambilan  glukosa  perifer  (Colberg et  al. ,  2010) Penelitian lain oleh Pora (2014) menyebutkan bahwa terjadi  peningkatan  kadar  GLUT-4  disertai  dengan penurunan kadar glukosa darah pada mencit normal setelah diberikan latihan eksentrik, namun penelitian  mengenai  pengaruh  aktivitas  eksentrik terhadap  kadar  GLUT-4  otot  mencit  DM  belum diketahui.

## Metode Penelitian
Jenis  penelitian  yang  dilakukan  eksperimental laboratoris  dengan  rancangan  penelitian posttest only  control  group  design .  Unit  eksperimen penelitian  ini  adalah  mencit  dewasa  yang  diinduksi streptozotocin dengan jenis kelamin jantan usia 8-12 minggu  dengan  berat  badan  antara  20-30  gram. Pada  penelitian  ini  dipilih  mencit  sebagai  hewan coba  karena  mencit  merupakan  hewan  dengan kemampuan  lari  yang  baik  baik volunteer maupun
involunteer (Kregel et  al. ,  2006).  Aktivitas  eksentrik dilakukan dengan  memberikan  sudut  deklinasi  pada treadmill .  Kelompok  penelitian  dibagi  menjadi  2 kelompok secara acak. Kelompok kontrol (kelompok mencit  model  DM  dengan  aktivitas treadmill sudut 0 o ),  kelompok  perlakuan  (kelompok  mencit  model DM  dengan  aktivitas treadmill sudut  deklinasi  10 o ). Semua protokol dan perlakuan telah melalui uji etik di Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Airlangga.
Kedua  kelompok  diinduksi  streptozotocin  dengan dosis  40  mg/kgBB  sebanyak  5  kali  (5  hari) intraperitoneal.  Pada  hari  ke-12  semua  mencit memiliki  kadar  gula  darah  puasa  >  180  mg/dL. Keesokan  harinya,  kelompok  kontrol  diberikan perlakuan  aktivitas treadmill sudut  0 o dengan kecepatan  20  cm/dt  selama  12  menit  (durasi ditentukan  melalui  uji  pendahuluan).  Kelompok perlakuan  diberikan  perlakuan  aktivitas treadmill sudut  deklinasi  10 o dengan  kecepatan  20  cm/dt selama  12  menit.  Dua  puluh  empat  jam  setelah perlakuan  selesai,  mencit  kelompok  kontrol  dan perlakuan dikorbankan diambil sampel jaringan otot gastroknemius  kaki  belakang  kanan  dan  kiri  untuk diperiksa  kadar  GLUT-4  otot.  Kadar  GLUT-4  otot diukur  menggunakan  ELISA  (ng/mL)  dan nanodrops (ng/mg) sehingga didapatkan satuan ng/mg . Analisis data  menggunakan Saphiro  Wilk  Test untuk  uji normalitas  dan Lavene  test untuk  uji  homogenitas, apabila  data  berdistribusi  normal  dilanjutkan  uji beda dengan independent t test.
Gambar 1. Modified Columbus Standard Treadmill dengan sudut deklinasi 10 o

## Hasil Penelitian
Pemeliharaan dan perawatan hewan coba dilakukan di  Laboratorium  Biokimia  Fakultas  Kedokteran
Universitas  Airlangga.  Pemeriksaan  kadar  GLUT-4 otot  dan  protein  otot  di  lakukan  di  Laboratorium Lembaga  Penyakit  Tropis  Universitas  Airlangga.  Uji pendahuluan  dilakukan  bulan  Februari  2017  dan  uji perlakuan  dilaksanakan  pada  bulan  Maret  hingga Mei 2017.
Gambar  2.  Mencit  lari  diatas treadmill dengan  sudut
deklinasi 10 o Penelitian pendahuluan
digunakan untuk menentukan  durasi  lari  mencit  DM  diatas Modified Columbus Standard Treadmill dengan sudut deklinasi 10 o ,  ditunjukkan  pada  Gambar  1  dan  Gambar  2. Durasi  lari  ditentukan  dari  60%  Kapasitas  Kerja Maksimal (KKM), KKM ditentukan dari kemampuan  berlari  maksimal  dari  mencit  dan didapatkan  durasi  12  menit.  Sudut  deklinasi dipilih  10 o karena  sudut  deklinasi  diatas  10 o dapat menyebabkan kerusakan otot.

## Tabel 1. Rata-rata Kadar GLUT-4 Otot (ng/mg)
Kelompok Mean ± SD Kontrol 4,13 ± 0,52 Perlakuan 5,24 ± 1,05
Kadar  GLUT-4  otot  ditunjukkan  pada  Tabel  1.  Data hasil  penelitian  dilakukan  uji  normalitas  dan homogenitas  data.  Uji  normalitas Saphiro-Wilk didapatkan  nilai  signifikansi  p>0,05,  yang  bermakna sampel  berasal  dari  populasi  yang  berdistribusi normal. Sedangkan uji  homogenitas Lavene didapatkan  signifikansi  p>0,05,  yang  bermakna varian  setiap  sampel  sama  atau  homogen.    Pada
independent  t-test didapatkan  nilai  p  (sig)  =  0,028 (p<0,05), terdapat perbedaan yang bermakna antara kadar  kadar  GLUT-4  otot  kelompok  kontrol  dan perlakuan.

## Pembahasan
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh aktivitas  eksentrik  terhadap  kadar  GLUT-4  otot mencit  DM  yang  diinduksi  streptozotocin.  Aktivitas eksentrik  dilakukan  dengan  pemberikan  sudut deklinasi  10 o pada treadmill. Regangan  otot  saat aktivitas eksentrik menyebabkan terjadinya ischemic reperfussion  stress.  Ischemic  reperfusion  stress mengakibatkan  terjadinya turbulensi  udara  akibat pelebaran  dan  penyempitan  pembuluh  darah  yang terjadi  berulang  dan  menyebabkan  terjadinya hipoksia  lokal.  Hipoksia  lokal  jaringan  otot  dapat menginduksi Hypoxia  Inducible  Factor - 1α  (HIF - 1α) (Buller, 2010; Miguelez et al. , 2015). Akumulasi HIF- 1α  dan  HIF - 1β  membentuk  kompleks  HIF -1  yang dapat mengenali lokasi Hypoxia Responsive Elements (HRE) nukleus sel target dan memicu transkripsi gen target.  Hipoksia  dapat  mempengaruhi  metabolisme glukosa  salah  satunya  dengan  meningkatkan  mRNA dan  protein  GLUT-4,  namun  protein  perantaranya belum  diketahui  (Lundby et  al. ,  2009).  Pada kelompok  kontrol  dengan treadmill sudut  0 o tidak cukup  untuk  menginduksi  hipoksia  sehingga  kadar GLUT-4 otot ditemukan rendah.
Latihan dengan intensitas moderate dapat meningkatkan ekspresi gen GLUT-4 sesaat. Peningkatan protein GLUT-4 dapat terjadi setelah 1,5 jam hingga 24 jam setelah latihan akut. Peningkatan protein  GLUT-4 diperantarai  oleh myocyte enhancer factor -2  (MEF-2)  (Kraniou et  al. ,  2006).  Penelitian lain  oleh  Richter et  al. (2013)  menyebutkan  bahwa aktivitas  sesaat  dapat  meningkatkan  mRNA  GLUT-4 secara  cepat  sesaat  setelah  aktivitas  dan  bertahan hingga  24  jam  hal  ini  berkaitan  dengan  MEF-2  yang mengaktivasi promoter GLUT-4  dan  meningkatkan protein  GLUT-4,  namun  efek  peningkatan  kadar protein  GLUT-4  ini  hanya  sesaat  jika  dibandingkan dengan latihan rutin (training ).
Kontraksi eksentrik lebih efisien dalam menggunakan energi di dalam sel, dengan metabolic cost yang  sama  kontraksi  eksentrik  menghasilkan kekuatan otot yang lebih besar dibandingkan dengan kontraksi  konsentrik  (Hessel et  al. ,  2001).  Bentuk energi  dalam  sel  otot  salah  satunya  adalah
Adenosine Triphosphate (ATP). Sintesis dan translokasi  GLUT-4  melewati  berbagai  kaskade fosforilasi  yang  membutuhkan  banyak  ATP.  Glukosa intrasel  merupakan  sumber  ATP  yang  digunakan untuk  kaskade  fosforilasi  jalur  transduksi  sinyal GLUT-4 serta meningkatkan sintesis GLUT-4 (Murray et al., 2009; Ghani & Defronzo , 2010).

## Kesimpulan
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan dapat  disimpulkan  bahwa  aktivitas  eksentrik  sesaat dapat  meningkatkan  kadar  GLUT-4  otot.  Namun, perlu  dilakukan  penelitian  lebih  lanjut  untuk mengetahui  perubahan  kadar  GLUT-4  otot  secara serial,  pengaruh  aktivitas  eksentrik  sesaat  terhadap HOMA-IR  (sensitivitas  insulin)  dan  HOMA- β (fungsi sel  β  pankreas) serta  pemeriksaan  HIF- 1α  untuk mengetahui  tingkatan  hipoksia  yang  terjadi.  Inisiasi pengembangan model aktivitas fisik terukur berbasis kontraksi  otot  eksentrik  juga  harus  dilakukan  dalam upaya membantu penderita DM untuk memperbaiki ambilan glukosa otot dan menurunkan kadar glukosa darah.

## Ucapan Terima Kasih
Pada  kesempatan  ini  peneliti  mengucapkan  terima kasih kepada Dr. Bambang Purwanto, dr., M.Kes., Dr. Arifa  Mustika,  dr.,  M.Si.,  Prof.  Dr.  Paulus  Liben,  dr., MS.,  Prof.  Dr.  Suhartati,  dr.,M.S.,  serta  Dr. Sulistiawati,  dr.,  M.Kes.,    atas  bimbingan  yang diberikan hingga terselesaikannya penelitian ini.

## Daftar Pustaka
American  Diabetes  Association.  2016. Standards  of Medical Care in Diabetes . Diabetes Care . 39
(Suppl. 1): S13 – S22
Buller  C.  2010. Role  of  GLUT1  in  The  Mammalian Target  of  Rapamycin  Pathway:  Mechanism of Regulation . [Dissertation]. The
Universitas of Michigan.
Ciaraldi  TP, et  al .  2007. Skletal  Muscle  GLUT-1 Transporter  Protein  Expression  and  Basal Leg  Glucose  Uptake  are  reduced  in  Type  2
Diabetes.  Journal  Of  Clinical  Endocrinology And Metabolism . 90: 352-358
Colberg SR, et al . 2010. Exercise and Type 2 Diabetes. The American College of Sports Medicine and the American Diabetes Association: joint position statement executive summary . Diabetes Care . 33
Ghani MA and Defronzo RA. Pathogenesis  of Insulin Resistance  in  Skletal  Muscle.  Journal  of Biomedicine of Biotechnology. 2010: 1-19
Hessel  AL, et  al. 2017. Physiological  Mechanism  of Eccentric Contraction and Its Applications: A role  for  the  Giant  Titin  Protein.  Front Physiol . 8: 1-14
Kraniou  N, et  al. 2006. Acute  Exercise  and  GLUT4 Expression  in  Human  Skeletal  Muscle: Influence  of  Exercise  Intensity.  J  Appl Physiol . 101: 934 – 937
Kregel. 2006. Resource Book for the Design of Animal Exercise  Protocol .  American  Physiology Society
Lundby  C, et  al .  2009. The  Response  of  Human Skeletal Muscle Tissue to Hypoxia . Cell. Mol. Life Sci . 66: 3615 – 3623
Marcus  RL, et  al .  2008. Comparison  of  Combined Aerobic and High Force Eccentric Resistance Exercise  with  Aerobic  Exercise  only  for People  With  Type  2  Diabetes  Melitus . Journal  of  the  American  Physical  Therapy Association . 88(11): 1345-1354
Miguelez PR, et al . 2015. Hypoxia-Inducible Factor-1 Modulates  The  Expression  of  Vascular Endothelial  Growth  Factor  and  Endothelial Nitric  Oxide  Synthase  Induced  by  Eccentric Exercise . J Appl Physiol. 118: 1075 – 1083
Murray  RK, et  al .  2009.  Biokimia  Harper  edisi  27. Jakarta: Buku Kedokteran EGC
Paulsen  G, et  al .  2007. Maximal  Eccentric  Exercise Induces a Rapid Accumulation of Small Heat Shock  Protein  on  Myofibrils  and  a  Delayed HSP70  Response  in  Human. Am  J  Physiol Regul Integr Comp Physiol . 293: 844-853
Persatuan  Diabetes  Indonesia  (PERSADIA). About Diabetes – Prevention . Diunduh 21 Februari 2017, jam 20.00 wib,
< http://www.idf.org/membership/wp/indonesia/per satuan-diabetes-indonesia >
Pora  YD.  2014. Pengaruh  Latihan  Eksentrik  Sesaat (Lari  Downhill)  pada  Sudut  Deklinasi  -5 0 ,  - 10 0 dan  -15 0 terhadap  Penurunan  Kadar GLUT-4  pada  Otot  Gastroknemius  Mencit (Mus Musculus). [Thesis]. Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga Richter  E, et  al .  2013. Excercise,  Glut4  and  Skletal Muscle  Glucose  Uptake . Physiol  Rev .  93:
993-1017 Suyono  S.  2006. Diabetes  Melitus  di  Indonesia . Dalam Sudoyo, Setiyohadi, Alwi,
Simadibrata, Setiati (Editor). Buku Ajar Ilmu Penyakit  Dalam  Jilid  III  Edisi  IV .  Jakarta: Departemen  Ilmu  Penyakit  Dalam  Fakultas Kedokteran Universitas Indonesia