Pengaruh Pemberian Produk Olahan Kacang Kedelai terhadap Glukosa Darah Puasa dan Resistansi Insulin pada Model Tikus Diabetes Melitus

Pengaruh Pemberian Produk Olahan Kacang Kedelai Terhadap Glukosa Darah Puasa dan Resistansi Insulin pada Model Tikus Diabetes Melitus
Sumber: Medicinus Vol. 35 ISSUE 3, DECEMBER 2022
Kendra Hosea, Supriyanto Kartodarsono, Arifin, Sumardi
Departemen Ilmu Penyakit Dalam Fakultas Kedokteran Universitas Sebelas Maret Surakarta

Abstrak
Latar belakang: Diabetes melitus (DM) merupakan kondisi kronis yang memerlukan perawatan medis berkelanjutan serta penanganan dengan strategi multifaktorial. Kacang kedelai diketahui memiliki kandungan isoflavone yang bermanfaat untuk membantu mengendalikan kadar gula darah. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi efek pemberian produk olahan kedelai terhadap kadar gula darah puasa dan resistansi insulin. Metode Penelitian: Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan subjek penelitian 30 ekor tikus Wistar jantan yang dibagi dalam 5 kelompok, yaitu kelompok tikus normal, kontrol negatif, perlakuan tempe, perlakuan tahu, dan perlakuan tepung kedelai selama 2 minggu. Kadar glukosa darah puasa pada setiap kelompok diperiksa sebelum, sesudah pemberian diet tinggi lemak dan induksi streptozotocin, serta sesudah perlakuan. Nilai HOMA-IR diukur dengan kadar glukosa darah puasa dan kadar insulin setelah induksi diabetes dan sesudah perlakuan. Data penelitian dianalisis secara statistik menggunakan uji MANOVA (p<0,05). Hasil Penelitian: Terdapat pengaruh dari pemberian ketiga bentuk olahan kacang kedelai yaitu tempe, tahu, dan tepung kedelai terhadap kadar glukosa darah puasa dan kondisi resistansi insulin pada tikus model DM tipe 2 yang diinduksi streptozotocin, dengan hasil yang lebih baik adalah pada kelompok yang mendapatkan diet tempe. Kesimpulan: Pemberian olahan kacang kedelai berupa tempe, tahu, dan tepung kedelai memiliki pengaruh yang signifikan pada perbaikan kadar glukosa darah puasa dan resistansi insulin pada model tikus DM yang diinduksi streptozotocin.
Kata kunci: diabetes melitus, kacang kedelai, isoflavone, resistansi insulin

Abstract
Background: Diabetes mellitus (DM) is a chronic condition that requires continuous medical care with multifactorial management strategy. Soybean is known as source of isoflavones that possess beneficial effect to help controlling blood glucose level. This study aims to evaluate the effect of soybean product diet to reduce fasting blood glucose and improve insulin resistance. Methods: This is an experimental study using 30 streptozotocin-induced diabetic Wistar rats that divided into 5 groups, i.e. normal rats, negative control, and three treatment groups that receive tempeh, tofu, and soy flour diet for 2 weeks. Fasting blood glucose was tested before treatment, after diabetes induction, and at the end of the study. HOMA-IR was calculated using fasting blood glucose and fasting insulin level after diabetes induction and at the end of the study. MANOVA test was used to analyzed the data statistically (p<0,05). Results: There was a significant effect from soybean product diet (tempeh, tofu, and soy four) in reducing fasting blood glucose and HOMA-IR, with slightly better result shown in tempeh group. Conclusion: Soybean product such as tempeh, tofu, and soy flour have beneficial effect in reducing fasting blood glucose and improving insulin resistance in streptozotocin-induced diabetic rats.
Keywords: diabetes mellitus, soybean, isoflavone, insulin resistance

Pendahuluan
Diabetes melitus (DM) merupakan suatu kelompok penyakit metabolik dengan karakteristik hiperglikemia yang terjadi karena kelainan sekresi insulin, kerja insulin, atau keduanya.[1] Diabetes merupakan suatu kondisi kronis yang memerlukan perawatan medis berkelanjutan serta penanganan dengan strategi multifaktorial. Pada orang dewasa, diabetes melitus tipe 2 (DMT2) lebih sering ditemukan dibandingkan diabetes melitus tipe 1 (DMT1), dan memiliki karakteristik yang didominasi resistansi insulin yang diikuti gangguan fungsi sel beta pankreas. Penelitian terus dilakukan untuk mendukung perkembangan beragam intervensi yang mampu membantu mengendalikan gula darah dan meningkatkan kualitas hidup pasien.[1],[2]

Data dari International Diabetes Federation (IDF) tahun 2021 menunjukkan bahwa lebih dari 19,5 juta penduduk Indonesia menderita diabetes, dan membuat Indonesia berada di urutan kelima negara dengan jumlah penderita diabetes tertinggi di dunia. Jumlah ini diprediksi akan bertambah menjadi lebih dari 28 juta jiwa pada tahun 2045.[3] Terdapat beberapa tantangan dalam upaya pengendalian diabetes di Indonesia, antara lain tingkat screening yang tergolong rendah sehingga proporsi pasien diabetes yang tidak terdiagnosis relatif besar, faktor sosioekonomi yang mencakup tingkat pendidikan dan pengetahuan serta akses terhadap layanan kesehatan, juga faktor sistem jaminan kesehatan.[4]

Tata laksana yang komprehensif untuk diabetes melitus, terutama diabetes melitus tipe 2 meliputi pendekatan nonfarmakologis serta pendekatan farmakologis, bertujuan untuk mengendalikan kadar gula di dalam darah sehingga dapat menurunkan risiko terjadinya komplikasi diabetes, baik makrovaskular maupun mikrovaskular. Pendekatan nonfarmakologis berupa modifikasi gaya hidup memegang peranan penting dalam tercapainya kontrol gula darah yang baik, mengingat pendekatan farmakologis dengan beragam obat antidiabetes dan/atau insulin, sekalipun secara ilmiah terbukti efektif menurunkan gula darah, namun tetap memiliki keterbatasan, baik berupa potensi efek samping, faktor biaya, dan sulitnya mencapai kepatuhan minum obat secara rutin.[1]

Beberapa penelitian membuktikan bahwa senyawa isoflavone mampu mengoreksi kondisi hiperglikemia pada model hewan percobaan yang diinduksi diabetes.[5] Isoflavone merupakan subkelas flavonoid yang secara struktural mirip dengan 17β-estradiol dan dapat berikatan dengan isoform α dan β dari reseptor estrogen, sehingga disebut juga sebagai phytoestrogen. Salah satu tanaman yang dikenal dengan kandungan isoflavone yang tinggi ialah kedelai.[6]

Kedelai merupakan salah satu sumber protein nabati yang sangat digemari oleh masyarakat Indonesia. Tingkat konsumsi dan kebutuhan kedelai di Indonesia mengalami peningkatan seiring pertumbuhan populasi. Sebagian besar kebutuhan kedelai di Indonesia digunakan untuk pembuatan produk olahan kedelai berupa tempe dan tahu, dan sebagian kecil digunakan untuk kebutuhan pangan lainnya.[7] Melihat tingginya konsumsi kedelai di Indonesia, penelitian ini bertujuan untuk mengamati potensi manfaat konsumsi kedelai sebagai bagian dari upaya pengendalian gula darah dan penyakit diabetes melitus dengan menggunakan model tikus yang diinduksi diabetes.

Metode Penelitian
Penelitian ini merupakan studi eksperimental yang dilakukan untuk melihat pengaruh pemberian diet dengan produk olahan kedelai terhadap kadar gula darah puasa serta parameter resistansi insulin pada tikus yang diinduksi diabetes. Subjek dalam penelitian ini adalah 30 ekor tikus Wistar jantan yang terbagi ke dalam lima kelompok yaitu kelompok tikus normal (P1), kontrol negatif (induksi diabetes tanpa perlakuan-P2), kelompok perlakuan tempe (P3), perlakuan tahu (P4), dan perlakuan tepung kedelai (P5). Induksi diabetes dilakukan dengan pemberian streptozotocin (STZ), suatu agen yang diketahui dapat merusak sel β pankreas dan menyebabkan terjadinya hipoinsulinemia yang diikuti dengan hiperglikemia.

Kelompok perlakuan (P3-5) diberikan diet dengan produk olahan kedelai selama dua minggu. Kadar gula darah puasa diukur sebelum induksi diabetes, setelah induksi diabetes, serta setelah selesai perlakuan. Resistansi insulin diamati setelah induksi STZ dan setelah selesai perlakuan menggunakan indikator homeostasis model assessment-estimated insulin resistance (HOMA-IR) yang dihitung dengan formula berikut:[8]

HOMA-IR = (kadar gula darah puasa (mg/dl) x kadar insulin puasa (μU/ml)) / 405 Analisis statistik dengan MANOVA dilakukan untuk melihat pengaruh perlakuan terhadap rata-rata kadar gula darah puasa dan indeks resistansi insulin dari subjek penelitian (p<0,05).

Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan hasil pengukuran kadar gula darah puasa yang dilakukan pada seluruh subjek penelitian, ditemukan bahwa pada kelompok tikus normal (P1), kadar gula darah puasa pada rentang waktu penelitian cenderung stabil, yang menunjukkan bahwa insulin bekerja dengan baik dalam merespons asupan makanan yang dikonsumsi oleh subjek penelitian. Sementara itu, pada kelompok tikus yang diinduksi diabetes dengan pemberian streptozotocin (STZ), terjadi lonjakan nilai kadar gula darah puasa yang tinggi dari hasil pengukuran sebelum induksi, dengan hasil pengukuran setelah induksi. Streptozotocin merupakan suatu agen antimikroba yang juga digunakan sebagai agen kemoterapi dari kelompok alkylating agent. Streptozotocin banyak digunakan dalam studi eksperimental untuk menginduksi kondisi hiperglikemia sebagai model penyakit diabetes, karena STZ dapat terakumulasi dan menyebabkan kerusakan pada sel β pankreas (pancreatic beta-cell-specific cytotoxin). Setelah diberikan, STZ akan masuk ke dalam sel β pankreas dengan bantuan glucose transporter GLUT2, kemudian dipecah menjadi gugus glukosa dan methylnitrosourea. Gugus methylnitrosourea dari hasil metabolisme STZ inilah yang memiliki aksi sebagai agen sitotoksik melalui modifikasi fragmen DNA yang berujung pada rusaknya sel-sel tersebut, sehingga terjadi kondisi diabetes yang bersifat insulin-dependent. DNA mitokondria menjadi target kerja STZ yang mengakibatkan terganggunya fungsi signaling metabolisme mitokondria sel β pankreas, yang bertanggung jawab pada pengaturan respons insulin yang diinduksi oleh glukosa.[9],[10]

Setelah periode perlakuan selesai, tampak bahwa rata-rata kadar gula darah puasa kelompok kontrol negatif (P2) tetap tinggi, sedangkan rata-rata kadar gula darah puasa kelompok perlakuan yang mendapatkan diet dengan produk olahan kedelai (P3-5) menunjukkan penurunan yang bermakna dengan hasil yang lebih baik teramati pada kelompok yang diberi perlakuan (diet) dengan tempe (P3). Nilai rata-rata (±SD) kadar gula darah puasa pada subjek penelitian dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Rata-rata nilai hasil pengukuran kadar gula darah puasa pada subjek penelitian

Hasil pengukuran indeks resistansi insulin dengan nilai HOMA-IR juga menunjukkan hasil yang serupa, yaitu perbaikan kondisi resistansi insulin setelah perlakuan dengan produk olahan kedelai, seperti yang dapat dilihat pada tabel 2.

Tabel 2. Rata-rata nilai hasil perhitungan HOMA-IR pada subjek penelitian

Berdasarkan hasil analisis statistik yang dilakukan baik untuk kadar gula darah puasa maupun nilai HOMA-IR, ditemukan perbedaan yang bermakna pada kedua parameter tersebut antara kelompok yang menerima perlakuan dengan produk olahan kedelai dibandingkan dengan kontrol (p<0,05). Hal ini menunjukkan bahwa pemberian diet dengan produk olahan kedelai memberikan manfaat untuk membantu memperbaiki kondisi hiperglikemia dan resistansi insulin pada model tikus yang diinduksi diabetes.

Kedelai dikenal akan kandungan isoflavone-nya yang tinggi (sampai dengan 3 mg/g bobot kering). Tiga tipe isoflavone aglycone yang terkandung dalam kedelai yaitu daidzein, genistein, dan glycitein. Daidzein, genistein, dan bentuk glikosidanya berkontribusi pada >90% kandungan total isoflavone dalam kedelai, sementara glycetein dan bentuk glikosidanya merupakan konstituen minor (<10%) dari keseluruhan isoflavone dalam kedelai. Secara struktur, isoflavone memiliki kemiripan dengan estradiol dalam tubuh mamalia, serta mampu berikatan dengan isoform α maupun β dari estrogen receptor (ER), oleh karena itu sering disebut juga sebagai phytoestrogen. Sekalipun tidak tergolong nutrisi yang esensial, namun isoflavone dikenal akan berbagai manfaat yang baik untuk kesehatan tubuh. Diet dengan produk olahan kedelai dapat menjadi pendekatan nutrisi yang bermanfaat untuk penderita diabetes melitus tipe 2. Kandungan serat larut air di dalam kedelai memiliki efek insulin-moderating untuk membantu mengendalikan kadar gula darah.[11]

Bhathena dan Velasquez (2002) menjelaskan bahwa kandungan isoflavone di dalam kedelai bervariasi, tergantung jenis kedelai, faktor geografis tempat kedelai tersebut tumbuh, serta waktu panen. Selain itu, perbedaan metode pengolahan kedelai juga merupakan salah satu faktor yang memengaruhi kandungan isoflavone di dalamnya. Tepung kedelai umumnya mengandung 0,1-5 mg isoflavones/g protein; tempe umumnya mengandung 0,3 mg/g protein; sedangkan tahu umumnya mengandung 0,1-2 mg isoflavones/g protein. Protein kedelai juga kaya akan arginine dan glycine, yang terlibat dalam sekresi insulin dan glukagon dari pankreas.[12]

Diabetes merupakan sekelompok kelainan metabolik yang dapat disebabkan oleh abnormalitas produksi insulin, aksi insulin, maupun keduanya. Metabolisme glukosa sendiri merupakan suatu proses yang sangat kompleks, melibatkan berbagai protein dan hormon, serta banyak dipengaruhi oleh diet. Terdapat beberapa studi yang pernah dilakukan untuk mengevaluasi pengaruh pemberian diet dengan produk berbahan dasar kedelai terhadap model hewan uji yang diinduksi diabetes. Rangkuman hasil studi tersebut dapat dilihat pada tabel 3.[12]

Tabel 3. Pengaruh diet berbahan dasar kedelai pada model hewan uji yang diinduksi diabetes[12]

Selain studi pada hewan, penelitian pada manusia juga pernah dilakukan untuk melihat pengaruh pemberian kedelai pada profil gula dan lipid, serta aktivitas enzim antioksidan pada pasien diabetes melitus tipe 2. Chang, dkk. (2008) melakukan penelitian pada 20 pasien diabetes melitus yang terbagi menjadi dua kelompok, masing-masing menjalani basal diet, dan salah satu kelompok diberi tambahan dengan suplemen kedelai yang mengandung 69 gram kedelai per hari selama 4 minggu. Setelah suplementasi, terdapat perbedaan kadar glukosa puasa, glukosa postprandial, serta serum trigliserida yang bermakna antara kedua kelompok, dengan hasil yang lebih baik ditunjukkan oleh kelompok yang menerima suplementasi kedelai. Selain itu, aktivitas antioksidan berupa aktivitas catalase dan glutathione juga secara signifikan lebih tinggi pada kelompok yang menerima suplementasi kedelai. Walaupun secara jumlah subjek tergolong kecil, namun hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pemberian kedelai dapat berkontribusi dalam manajemen penyakit diabetes dengan membantu mengendalikan profil glukosa dan lipid, serta meningkatkan pertahanan antioksidan yang sangat bermanfaat bagi penderita diabetes melitus tipe 2.[13]

Purwoko, dkk. (2019) melakukan studi eksperimental untuk mengamati pengaruh pemberian suplemen kacang kedelai pada 76 pasien diabetes melitus tipe 2 yang terbagi dalam dua kelompok. Hasil dari studi ini menunjukkan peningkatan level insulin secara bermakna 2 jam setelah suplementasi dengan kedelai, dibandingkan dengan kelompok yang tidak mendapatkan suplementasi. Profil glukosa postprandial yang dilakukan dengan tes toleransi glukosa oral juga menunjukkan hasil yang secara signifikan lebih baik pada kelompok yang mendapatkan suplementasi dengan kacang kedelai.[14]

Mekanisme kerja phytoestrogen dalam memberikan berbagai manfaat pada kasus diabetes maupun obesitas memang belum sepenuhnya dapat dijelaskan, walaupun demikian terdapat beberapa penjelasan yang berbasis bukti ilmiah untuk melihat kemungkinan mekanisme aksi dari phytoestrogen terhadap homeostasis glukosa, sekresi insulin, serta metabolisme lipid (tabel 4).[12]

Tabel 4. Rangkuman bukti ilmiah efek metabolik dari phytoestrogen pada level seluler[12]

Modifikasi gaya hidup, termasuk di dalamnya pengaturan pola makan dan manajemen berat badan, merupakan tulang punggung dalam tata laksana diabetes melitus. Kacang kedelai juga diketahui dapat berperan dalam upaya pengaturan diet pada penderita diabetes. Beberapa studi menunjukkan bahwa konsumsi protein kedelai dapat menstimulasi produksi glucagon-like peptide 1 (GLP-1) yang tidak hanya berperan pada respons sekresi insulin, melainkan juga dalam pengaturan nafsu makan. Pemberian protein kedelai juga menekan kadar ghrelin dan meningkatkan kadar cholecystokinin, di mana kedua hormon ini merupakan hormon yang berperan dalam pengaturan nafsu makan.[15]

Walaupun secara teoritis kandungan isoflavone relatif paling tinggi dijumpai pada tepung kedelai dibandingkan produk olahan kedelai lainnya, namun dari hasil penelitian ini, kelompok perlakuan yang menunjukkan hasil rata-rata terbaik berupa penurunan kadar gula darah puasa dan indeks HOMA-IR terkecil adalah kelompok yang menerima diet dengan tempe. Tempe merupakan hasil olahan kedelai yang melibatkan proses fermentasi, menggunakan jamur Rhizopus oligosporus. Jayachandran dan Xu menjelaskan bahwa hasil fermentasi kacang kedelai yang dinilai lebih baik untuk menurunkan kadar glukosa darah, meningkatkan jumlah isoflavone yang dapat dicerna, serta meningkatkan nutrisi lainnya dari kacang kedelai.[16] Ahnan-Winarno, dkk. (2021) menyusun sebuah review yang menunjukkan bahwa tempe merupakan bahan pangan sumber protein yang terjangkau, mudah dibuat, dan menawarkan berbagai manfaat untuk kesehatan. Dibandingkan dengan produk olahan kedelai yang tidak melibatkan proses fermentasi, produk fermentasi kedelai seperti tempe diketahui memiliki kandungan isoflavone dengan bioavailabilitas yang lebih baik, karena menyediakan jumlah unconjugated isoflavone aglycone seperti daidzein dan genistein yang lebih tinggi. Tempe juga dapat mempertahankan kadar isoflavone lebih baik saat menjalani proses pemasakan, sehingga kadar isoflavone-nya ditemukan relatif lebih tinggi baik dalam tempe mentah maupun matang.[17]

Kesimpulan
Kedelai merupakan sumber protein nabati yang sangat digemari di Indonesia. Kedelai diketahui kaya akan kandungan isoflavone yang dikenal juga sebagai phytoestrogen, dengan berbagai manfaat yang baik bagi kesehatan tubuh. Hasil penelitian ini menunjukkan adanya pengaruh pemberian diet dengan produk olahan kedelai (tempe, tahu, dan tepung kedelai) pada perbaikan kadar gula darah puasa dan indeks resistansi insulin yang dinyatakan dalam nilai HOMA-IR pada hewan uji yang diinduksi diabetes dengan streptozotocin. Hasil ini sejalan dengan hasil yang ditemukan dalam berbagai penelitian sebelumnya, yang menunjukkan manfaat pemberian kedelai dan produk olahannya untuk membantu memperbaiki metabolisme glukosa dan lipid yang terganggu pada penderita diabetes, obesitas, serta sindrom metabolik. Diharapkan ke depannya dapat dilakukan penelitian acak, terkontrol, pada manusia, untuk menemukan tingkat konsumsi dan bentuk olahan kedelai yang efektif memperbaiki profil gula darah sebagai bagian dari pendekatan nutrisi untuk pasien diabetes di Indonesia.

DAFTAR PUSTAKA

1. Perkumpulan Endokrinologi Indonesia (PERKENI). Pedoman Pengelolaan dan Pencegahan Diabetes Melitus Tipe 2 Dewasa di Indonesia 2021.
2. American Diabetes Association. Standards of Medical Care in Diabetes—2022. Diabetes Care. 2022;45(Suppl 1):S244- 53.
3. International Diabetes Federation. IDF Diabetes Atlas 10th edition. Brussels, Belgium: International Diabetes Federation, 2021.
4. Soewondo P, Ferrario A, Tahapary DL. Challenges in diabetes management in Indonesia: a literature review. Globalization and Health 2013;9:63.
5. Lee J. Effects of soy protein and genistein on blood glucose, antioxidant enzyme activities, and lipid profile in streptozotocin-induced diabetic rats. Life Sci. 2006;79(16):1578-84.
6. Pilsakova L, Riecansky I, Jagla F. The Physiological Actions of Isoflavone Phytoestrogens. Physiol Res. 2010;59(5):651- 64.
7. Ningrum IH, Irianto H, Riptanti EW. Analysis of soybean production and import trends and its import factors in Indonesia. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2018;142:012059.
8. Abed MT, Al-Nimer MSM, Al-Rawi KA. The effect of short-term metformin therapy on insulin resistance among obese males in Al-Ramadi, Iraq. Saudi Journal of Obesity 2014;2(1):24-7.
9. Damasceno DC, Netto AO, Iessi IL, Gallego FQ, Corvino SB, Sinzato YK, et al. Streptozotocin-Induced Diabetes Models: Pathophysiological Mechanisms and Fetal Outcomes. Biomed Res Int. 2014;2014:819065.
10. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia 2008;51(2):216-26.
11. Dixit AK, Antony JIX, Sharma NK, Tiwari RK. Soybean constituents and their functional benefits. In: Opportunity, Challenge and Scope of Natural Products in Medicinal Chemistry. 2011:p.367-83.
12. Bhatena SJ and Velasquez MT. Beneficial role of dietary phytoestrogens in obesity and diabetes. Am J Clin Nutr 2002;76:1191–201.
13. Chang JH, Kim MS, Kim TW, Lee SS. Effects of soybean supplementation on blood glucose, plasma lipid levels, and erythrocyte antioxidant enzyme activity in type 2 diabetes mellitus patients. Nutr Res Pract. 2008;2(3):152–7.
14. Purwoko AE, Astuti I, Asdie AH, Sugiyanto. Effect of Soybean-based Food Supplement on Insulin and Glucose Levels in Type 2 Diabetes Mellitus Patients. Indonesian J Pharm 2019;30(3):208-16.
15. Bowen J, Noakes M, Clifton PM. Appetite Regulatory Hormone Responses to Various Dietary Proteins Differ by Body Mass Index Status Despite Similar Reductions in ad Libitum Energy Intake. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 2006;91(8):2913-9.
16. Jayachandran M and Xu B. An insight into the health benefits of fermented soy products. Food Chem. 2019;271:362-71.
17. Ahnan-Winarno AD, Cordeiro L, Winarno FG, Gibbons J, Xiao H. Tempeh: A semicentennial review on its health benefits, fermentation, safety, processing, sustainability, and affordability. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 2021;20(2):1717-67.