6

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Hiperglikemia

2.1.1 Definisi Hiperglikemia

Hiperglikemia adalah kadar gula darah yang tinggi dengan nilai lebih dari

normal dikarenakan tubuh tidak memproduksi insulin atau insulin tidak bekerja

dengan baik (Hess-Fischl, 2016).

Pada keadaan normal, glukosa diperlukan sebagai stimulator sel β

pancreas dalam meproduksi insulin. Kadar glukosa darah yang meningkat akan

ditangkap oleh sel β melalui glucose transporter 2 (GLUT2). Glukosa akan

mengalami fosforilase menjadi glukosa-6 fosfat (G6P) dengan bantuan enzim

penting, yaitu glukokinase. Glukosa 6 fosfat kemudian akan mengalami glikolisis

dan akhirnya akan menjadi asam piruvat. Dalam proses glikolisis ini akan

dihasilkan 6-8 ATP. Penambahan ATP akan menyebabkan menutupnya kanal

kalium. Dengan demikian kalium akan tertumpuk dalam sel dan terjadi

depolarisasi membran sel pankreas, sehingga kanal kalsium terbuka dan kalsium

akan masuk ke dalam sel. Dengan meningkatnya kalsium intrasel, akan terjadi

translokasi granul insulin ke membran dan insulin akan dilepaskan ke dalam darah

(Merentek, 2006).

2.1.2 Patofisiologi Hiperglikemia

Penyerapan glukosa ke dalam sel diawali dengan penangkapan insulin oleh

insulin receptor substrat-1 (IRS-1) yang kemudian memberikan sinyal pada GLUT

4 untuk memindahkan glukosa dari luar ke dalam sel. Keadaan hiperglikemia

7

kronis menyebabkan terjadinya glucose toxicity yang berakibat pada penurunan

ambilan glukosa di membrane sel otot oleh karena terjadinya gangguan

translokasi pada GLUT 4, penurunan aktifitas IRS-1 sehingga terjadi resistensi

pada insulin. Hal ini menyebabkan glukosa plasma akan meningkat. Resistensi

insulin awalnya dapat ditoleransi dengan peningkatan sekresi insulin yang apabila

terjadi terus menerus akan menyebabkan kelelahan pada sel beta pancreas yang

mengakibatkan destruksinya sel beta sehingga berdampak pada penurunan sekresi

insulin (Campos, 2012).

2.1.3. Stres Oksidatif pada Hiperglikemia

Kondisi hiperglikemia menyebabkan autooksidasi glukosa, glikasi protein

dan aktivasi jalur metabolism poliol yang selanjutnya akan mempercepat

pembentukan ROS (reactive oxygen species). Pembentukan ROS tersebut dapat

meningkatkan modifikasi lipid, DNA, dan protein pada berbagai jaringan.

Modifikasi molecular di berbagai jaringan mengakibatkan ketidakseimbangan

antara antioksidan protektif (pertahanan antioksidan) dan pengingkatan produksi

radikal bebas. Hal ini merupakan awal kerusakan oksidatif yang dikenal sebagai

stress oksidatif (Setiawan dan Suhartono, 2005) . Keadaan hiperglikemia kronis

dapat menyebabkan terjadinya glucose toxicity yang meningkatkan terbentuknya

ROS dengan berbagai cara antara lain:

1. Oksidasi glukosa dalam proses glikolisis akan menghasilkan

superoxide radical (O2-), yang merupakan jenis dari ROS

8

2. Glukosa yang berlebih akan mengalami reduksi menjadi polyalcohol

sorbitol yang reaksinya dapat menurunkan gluthatione, yaitu enzim

antioksidan alami tubuh untuk melawan radikal bebas.

3. Aktivasi jalur pembentukan advanced glycation end products (AGEs),

glukosa yang berlebih akan berikatan dengan asam amino bebas yang

akan membentuk AGEs. AGEs akan berikatan dengan reseptornya di

berbagai jaringan yang dapat menghasilkan ROS.

4. Kelebihan glukosa akan menyebabkan aktivasi jalur heksosamin, di

mana glukosa berlebih akan diubah menjadi fructose-6-phosphatase

dan acetilglucosamine yang dapat mensistesi glikoprotein. Proses ini

juga dapat menhasilkan H2O2 yang merupakan jenis dari ROS.

5. Hiperglikemi dalam sel akan meningkatkan sintesis molekul diasil

gliserol yang merupakan kofaktor penting pada aktifasi protein kinase-

C (PKC), yang akan meningkatkan NAD(P)H oxydased pada

membran sel yang mengkatalis terbentuknya radical superoxyde

Meningkatnya ROS pada kondisi hiperglikemia akan menyebabkan

berbagai kerusakan termasuk pada sel β pancreas sehingga dapat

menurunkan produksi insulin (Campos, 2012).

2.2. Malondialdehid (MDA)

2.2.1. Definsi Malondialdehid (MDA)

Malondialdehid (MDA) merupakan generasi dari radikal bebas dengan

komponen organic dengan formula CH2(CHO)2 dan produk akhir dari

peroksidasi PUFA di dalam sel. MDA sebagai komponen reaktif dapat

menyebabkan stress toxic terhadap berbagai sel. Meningkatnya radikal bebas

9

dikarenakan produksi MDA yang berlebihan, sehingga kadar MDA digunakan

sebagai tanda adanya stress oksidatif (Gawel S, 2004).

2.2.2 Hubungan MDA dengan Hiperglikemia

Kadar gula darah yang meningkat atau kondisi hiperglikemia selalu

disertai dengan meningkatnya kadar radikal bebas yang nanti dapat meningkatkan

stress oksidatif yang dapat berkontribusi untuk menimbulkan berbagai macam

kerusakan sel, jaringan dan organ yang akan menyebabkan timbulnya berbagai

komplikasi (Manohar SM et al, 2013).

2.2.3. Peroksidasi Lipid oleh ROS (Reactive Oxygen Species)

Salah satu akibat dari tidak terkontrolnya stres oksidatif (tidak seimbang

antara radikal bebas dan antioksidan) dapat merusukan berbagai sel, jaringan dan

organ yang disebabakan oleh adanya kerusakan oksidatif. Meningkatnya radikal

bebas atau ROS (Reactive Oxygen Species) dapat menimbulkan kerusakan lipid

secara langsung. Hidroxyl radical (HO) dan hydroperoxyl (HO2) meruapakan

komponen ROS yang dapat menyebabkan peroksidasi lipid. Hydroxyl radical

terbentuk saat terjadi reaksi redoks oleh rekasi fenton, dimana Fe2+

bereaksi

dengan hidroksi peroksida (H2O2) yang mengahsilkan rekasi Haber-Weiss ketika

superoxide bereaksi dengan FE3+.

Kerusakan lipid dan kondisi dyslipidemia juga

berkontribusi dalam meningkatkan stress oksidatif. Sehingga adanya peroksidasi

lipid dengan kondisi stress oksidatif menyebabkan terbentuknya malondialdehid

(MDA) (Ayala A et al, 2014) .

10

2.4. Kenikir (Cosmos Caudatus)

2.4.1. Taksonomi Kenikir

Kingdom : Plantae

Divisi : Spermatophyta

Sub Divisi : Angiospermae

Kelas : Dicotyledonae

Ordo : Asterales

Famili : Asteraceae

Genus : Cosmos

Spesies : Cosmos Caudatus

(Mangestuti, 2012)

2.4.2. Morfologi Kenikir

Kenikir termasuk keluarga Asteraceae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan

herbal semusim dengan tinggi antara 0,5-1,5 m. Batang tegak, beralur, dan

mempunyai banyak percabangan serta berwarna hijau terang keunguan. Daunnya

lembut dan tajam. Ketika malah hari, daun melipat untuk menutup kuncup

terminal. Daun majemuk berbentuk lanset dengan ujung yang meruncing dan

berwarna hiaju dengan tepi daun bergerigi. Bunga dari tumbuhan ini ditemukan

soliter atau berkumpul dalam kelompok (majemuk) pada satu tangkai. Bunga

majemuk mempunyai tingkat bunga berbentuk seperti cawan berwarna kuning. Di

bagian bawah bunga terdapat daun pembalut berwarna hijau benbentuk seperti

12

Tabel 2.1 Perbandingan kapasitas total antioksidan (AEAC value) pada

beberapa tumbuhan

(Cheng Shi-Hui, Mohd, Joseph Anthony dan Amin, 2015)

Terdapat beberapa komponen kimia daun kenikir yang telah dilaporkan

sebelumnya seperti quercetin, proantocyanidin, chlorogenic acid, neo-chlorogenic,

dan cryptochlorogenic acid (Sukrasno et al, 2011). Saponin, terpenoid, alkaloid,

tannin, dan minyak atsiri merupakan kandungan fitokimia pada daun kenikir

berpotensi sebagai antimikroba (Liliwirianis et al, 2011).

Tabel 2.2 Kandungan aktif biologis pada Cosmos Caudatus per 100

gra

m

(Cheng Shi-Hui, Mohd, Joseph Anthony dan Amin, 2015)

13

2.4.4 Manfaat Kenikir sebagai Antioksidan

Kenikir memiliki kadar antioksidan yang tinggi. Kenikir kaya akan

senyawa fenol seperti flavonoid yang menunjukkan aktivitas antioksidan yang

kuat (Abdullah et al, 2015). Pada penelitian sebelumnya menunjukkan daun

kenikir mengandung kadar flavonoid tertinggi dibandingkan dengan tanaman

herbal lainnya. Flavonoid telah dilaporkan memiliki antioksidan yang kuat dan

aktivitas radikal, yang mana memiliki manfaat untuk mencegah timbulnya

penyakit degeneratif. Komponen utama flavonoid pada daun kenikir adalah

quercetin (Sukrasno et al, 2011).

Quercetin merupakan antioksidan yang dapat melindungi tubuh dari

paparan radikal bebas yang diproduksi selama metabolisme normal oksigen atau

adanya induksi kerusakan eksogen. Quercetin mencegah radikal bebas untuk

menginduksi kerusakan jaringan melalui beberapa cara. Quercetin juga

merupakan inhibitor dari enzim aldose reductase, yang mana berfungsi mengubah

glukosa menjadi sorbitol di dalam tubuh. Orang dengan diabetes akan

berkembang menjadi masalah sekunder seperti neuropati, retinopati, katarak

diabetic dan nefropati yang disebabkan oleh karena meningkatnya kadar sorbitol

di dalam tubuh (Lakhanpal et al, 2007).

2.5. Aloksan

2.5.1. Pengertian Aloksan

Aloksan adalah larutan encer yang memiliki suatu substrat yang secara

struktur adalah derivate dari pirimidin sederhana. Aloksan merupakan analog dari

14

glukosa yang dapat terakumulasi di sel β pancreas melalui transporter glukosa

(GLUT 2) yang dapat menyebabkan diabetes. Nama aloksan berasal dari kata

allantonin dan oksalurea (asam oksalurik). Nama lain dari aloksan adalah 2,4,5,6-

tetraxypirimidin, 2,4,5,6-primidinetetron dengan rumus kimia adalah C4H2N2O4.

Aloksan berasal dari oksidasi asam urat oleh asam nitrat. Aloksan adalah senyawa

yang tidak stabil dan bersifat hidrofilik. Waktu paruh aloksan pada pH 7,4 dan

suhu 37o C adalah 1,5 menit.

2.5.2. Fase Induksi Diabetes pada Aloksan

Aloksan telah digunakan pada penelitian untuk menginduksi diabetes

secara selektif dengan merusak sel beta pancreas yang memproduksi insulin.

Aloksan memiliki bentuk molekul yang mirip dengan glukosa. Sehingga ketika

aloksan diinduksikan ke tubuh tikus, maka glukosa transporter GLUT 2 pada sel β

pancreas akan mengenali aloksan sebagai glukosa dan aloksan akan dibawa

menuju ke sitosol (Lenzen, 2008). Aloksan yang diinduksikan berespon

menyebabkan perubahan pada konsentrasi insulin plasma dengan diikuti

perubahan struktural sel beta yang mengarah pada kematian sel.

Gambar 2.2 Struktur kimia Aloksan

(Lenzen, 2008)

15

Aloksan dapat menginduksi diabetes dalam beberapa fase. Fase pertama

terjadi beberapa menit setelah induksi aloksan maksimal hingga menit ke-30 yang

menyebabkan kondisi hipoglikemia akut. Karena struktur aloksan yang mirip

dengan glukosa menyebabkan menigkatnya konsentrasi insulin plasma dan

peningkatan ATP yang dapat menghambat proses glukosinase. Fase kedua terjadi

setelah 1 jam induksi aloksan dan akan berlangsung 2-4 jam yang ditandai dengan

meningkatnya kadar glukosa dan penurunan sekresi insulin plasma. Fase ketiga

terjadi hipoglikemi 4-8 jam setelah induksi aloksan. Banyaknya insulin di

sirkulasi terajadi akibat induksi aloksan mengakibatkan ruptur membrane sel pada

kondisi hipoglikemia. Perubahan tersebut bersifat irreversible dengan ditandai

kematian sel pancreas. Fase keempat merupakan fase akhir terjadinya

hiperglikemi permanen ditandai dengan degranulasi komplit dan hilangnya

integritas dari sel beta setelah 24-48 jam induksi aloksan (Rohilla et al, 2012).

2.5.3 Mekanisme Kerja Aloksan

Diabetes induksi Aloksan umumnya digunakan sebagai model eksperimen

dari insulin dependent diabetes melitus. Beberapa studi eksperimen menyebutkan

bahwa aloksan meningkatkan sekresi insulin secara tiba-tiba dengan ada atau

tidak ada glukosa. Partikel aloksan menginduksi rilisnya insulin dengan durasi

yang pendek. Proses reduksi terjadi di beta sel pancreas dengan mereduksi

glutation, cysteine, askorbat, dan protein binding sulfihidryl. Asam dialuric

merupakan hasil reduksi aloksan yang dapat di reoksidasi menjadi aloksan lagi

(proses redoks).

Proses redoks ini mengakibatkan terbentuknya ROS (Reactive Oxygen

Species). Terbentuknya ROS akan menyebabkan depolarisasi membran sel beta

16

dan peningkatan Ca2+, sehingga sitosol akan mengaktivasi berbagai enzim yang

menyebabkan peroksidasi lipid, fragmentasi DNA, dan fragmentasi protein.

Akibatnya sel beta pankreas menjadi nekrosis, sehingga fungsinya untuk sintesis

dan sekresi insulin menurun (Lenzen, 2008).

2.6. Pengaruh Ekstrak Daun Kenikir Terhadap Penurunan Kadar

Malondialdehid (MDA)

Tingginya kadar MDA disebabkan oleh karena hiperglikemia

menyebabkan pembentukan radikal bebas. MDA merupakan biomarker utama

dari radikal bebas yang berhubungan dengan kerusakan lipid dan stress oksidatif

(Tiwari et al, 2013). Hiperglikemia meningkatkan produksi radikal bebas melalui

tiga mekanisme, yaitu peningkatan aktivitas jalur poliol, glukoautooksidasi, dan

glikasi protein. Pembentukan senyawa oksigen reaktif tersebut dapat

meningkatkan modifikasi lipid, DNA, dan protein pada berbagai jaringan.

Modifikasi molekuler pada berbagai jaringan mengakibatkan ketidakseimbangan

antara antioksidan protektif (pertahan antioksidan) dan peningkatan produksi

radikal bebas. Hal ini merupakan awal kerusakan oksidatif yang dikenal sebagai

stress oksidatif. Dampaknya akan terjadi reaksi rantai yang disebut peroksidasi

lipid. Akibat akhir dari rantai reaksi adalah terputusnya rantai asam lemak

menjadi beberapa senyawa toksik, salah satunya Malondialdehid (MDA) (Kadri et

al, 2010).

Daun Kenikir (Cosmos Caudatus) memiliki kandungan antioksidan yang

tinggi. Antioksidan merupakan senyawa yang mampu melindungi sel dari radikal

bebas sehingga terbentuknya radikal bebas yang berpotensi untuk merusak

jaringan yang berdampak pada timbulnya suatu penyakit dapat dicegah.

17

Kandungan antioksidan tertinggi dalam daun kenikir merupakan flavonoid. Telah

diketahui bahwa flavonoid mengandung komponen utama berupa quercetin

(Abdullah et al, 2015).