Hormon Tiroid dan Estrogen Meregulasi Pelepasan Hormon Pertumbuhan

yang Diinduksi Oleh Olahraga

Abstrak

Hormon pertumbuhan (GH) mengatur metabolisme seluruh tubuh, dan

latihan fisik merupakan stimulus yang paling ampuh untuk menginduksi sekresi

pada manusia. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menjelaskan peran

estrogen dan hipofisis deiodinase tipe 1 (D1) sekresi GH yang diinduksi oleh

olahraga. Sepuluh hari setelah ovariektomi bilateral, hewan selama 20 menit

latihan treadmill pada 75% dari kapasitas aerobik maksimal dan jaringan dipanen

segera atau 30 menit setelah latihan. Hewan yang tidak dieksekusi digunakan

sebagai kontrol. Sebuah peningkatan yang signifikan dalam D1 terjadi segera

setelah latihan (~60%) pada hewan palsu yang dioperasikan dan GH lebih tinggi

(~6 kali lipat) 30 menit setelah latihan.  Kesimpulannya, defisiensi estrogen

merusak induksi hormon tiroid mengaktifkan enzim D1 di hipofisis, dan

pelepasan GH oleh latihan akut. Juga, aktivasi D1 akut sangat penting untuk

respon GH yang diinduksi oleh olahraga.

Pengantar

Kegemukan dan obesitas adalah penyakit epidemi yang menyebabkan

diabetes dan sindrom metabolik, dan berkaitan dengan gangguan kardiovaskular,

terutama bagi wanita yang sedang menghadapi menopause transisi. Fluktuasi

hormon seks pada berbagai tahap kehidupan reproduksi, seperti menarche,

kehamilan, dan menopause transisi, mungkin memainkan peran dalam perluasan

jaringan adiposa. Khususnya, transisi menopause berhubungan dengan perubahan

yang tidak menguntungkan dalam komposisi tubuh, penumpukan lemak perut dan

hasil kesehatan umum. Dengan demikian, pemahaman mekanisme yang terlibat

dalam genesis obesitas selama transisi menopause akan membantu pengembangan

strategi untuk melawan obesitas.

Hormon pertumbuhan (GH)/Insulin-Like Growth Factor-1 (IGF-1)

mengatur pertumbuhan dan perkembangan selama masa kanak-kanak dan remaja,

tetapi juga mengatur komposisi tubuh, metabolisme dan kapasitas berolahraga

aerobik sepanjang hidup. Peningkatan lipolisis dan mobilisasi asam lemak bebas

Nama : Lailatul QomariyahNIM : 13034260389Biologi / HGK

(FFA) adalah efek utama GH dalam metabolisme, misalnya efek yang paling

menonjol dari fisiologis paparan denyut GH adalah ditandai dengan stimulasi

lipolisis. Defisiensi (GHD) dikaitkan dengan peningkatan lemak tubuh dan massa

tubuh tanpa lemak yang lebih rendah. Perubahan-perubahan dalam komposisi

tubuh berhubungan dengan gangguan metabolik termasuk resistensi insulin.

Selain GH, estrogen dan hormon tiroid (TH) mengontrol pengeluaran

energi dan sangat penting untuk keseimbangan berat badan. Hormon tiroid T3

aktif bertindak hampir di seluruh jaringan tubuh melalui interaksi dengan reseptor

nuklir. Selain serum T3, ketersediaan lokal baik yang dikendalikan oleh

iodothyronine deiodinases jenis I, II, dan III (D1, D2, dan D3) melalui

penghapusan atom yodium dari prekursor molekul T4 atau T3 sendiri. D1 dan D2

mengkatalisis 5'-deiodinasi dari T4 dan karena itu mereka dianggap mengaktifkan

enzim karena produksi T3 berikutnya. Di sisi lain, D3 menonaktifkan T4 dan T3

melalui 5’-deiodinasi. Dengan demikian, modulasi ekspresi dan aktivitas

deiodinases menyesuaikan efek biologis T3. Selain itu ada interaksi dengan E2

dan tiroid di beberapa efek biologis, misalnya, kurangnya estrogen pada tikus

menyebabkan obesitas dan penurunan aktivitas D2 lemak adiposa coklat dalam

protokol ovariektomi jangka panjang (9 minggu).

Beberapa faktor fisiologis memodulasi sekresi GH, seperti usia, estrogen,

nutrisi, tidur, komposisi tubuh, distribusi regional dari lemak tubuh, stres, insulin,

kebugaran, tiroid dan latihan fisik. Latihan aerobik akut adalah stimulus yang

paling ampuh untuk melepaskan GH. Memang, setelah latihan tingkat GH

meningkat 5,1 kali lipat pada manusia dan sekresi GH berkorelasi dengan latihan

intensitas. Mekanisme yang diusulkan untuk peningkatan tersebut adalah

asidosis. 

GH adalah protein utama penginduksi T3 dalam tikus hipofisis dan T3

mengatur gen GH di tingkat transkripsi dan posttranscriptional. Hipofisis (PIT)

D1 dan jaringan adiposa coklat (BAT) D2 meningkat setelah sesi latihan berjalan

tunggal dan dalam menanggapi program pelatihan olahraga renang 8-minggu.

Dalam studi selanjutnya, baik PIT D1 dan BAT D2 kegiatan menanggapi latihan

yang tumpul pada tikus obesitas yang kekurangan estrogen, menunjukkan hasil

bahwa penurunan nilai konversi T4 ke T3 di PIT dan BAT oleh penurunan

aktivitas D1 dan D2 masing-masing dalam menanggapi latihan bisa terlibat dalam

genesis obesitas, pada tikus kekurangan estrogen melalui penurunan pelepasan

GH oleh PIT dan mengurangi metabolisme BAT. Penyumbatan farmakologi dari

D1 juga menurun akibat diinduksi oleh olahraga pelepasan GH menghubungkan

sinyal hormon tiroid untuk pelepasan GH setelah latihan.

Bahan dan metode

Hewan dan kelompok eksperimen

Tikus betina galur wistar dengan berat 200-250 g dari Vital Brasil Institute

(Niteroi, 113 RJ-Brazil) yang diberi makan pellet dan minum secara at

libitum. Semua tikus betina menunjukkan siklus estrus biasanya 4-5 hari dipantau

pada sitologi vagina selama 2 minggu berturut-turut sebelum memulai percobaan. 

Ovariektomi dan protocol olahraga

Operasi terdiri dari penghapusan bilateral dari ovarium di bawah anestesi

dengan ketamin (50 mg/kg BB) dan xylazine (5 mg/kg BB) sebagai upaya yang

dilakukan untuk meminimalkan penderitaan. Hewan dibedah untuk pengangkatan

ovarium. Kemudian hewan digunakan setelah 10 hari dari ovariektomi untuk

mencegah perubahan dalam komposisi tubuh yang terjadi di kemudian hari. 

Semua hewan dikirim untuk protocol olahraga yang terdiri dari 20 menit

treadmill berjalan pada 70-75% dari kecepatan maksimum Smax di bawah

kemiringan konstan 10°. Untuk menentukan Smax, hewan diadaptasikan untuk

berjalan 2-3 hari pada 17 cm/s selama 5 menit. Setelah masa adaptasi, setiap tikus

itu dilakukan tes latihan maksimal, seperti yang dijelaskan

sebelumnya. Percobaan dimulai pada kecepatan mulai dari 17 cm/s dengan

kemiringan konstan 10°. Kecepatan treadmill kemudian ditingkatkan sebesar 2

cm/s setiap 2 menit dan tikus berlari sampai kelelahan. Dianggap Smax jika hewan

menyelesaikan minimal 75% tahap. Suhu kamar rata-rata dipertahankan pada

22°C dan grid stainless steel pada akhir treadmill diberikan stimulus listrik untuk

menjaga tikus berjalan. Semua tes dan protokol latihan dilakukan dengan (model

Panlab-LSI LETICA) ruang treadmill bermotor. Smax sesuai dengan konsumsi

oksigen maksimal. Hewan tidak diberi makan setelah sesi latihan dan dibunuh

dengan pemenggalan kepala dan darah dikumpulkan untuk analisis konsentrasi

hormon. Serum diperoleh setelah sentrifugasi darah pada 1500x g selama 20

menit dan disimpan pada -80°C. Hipofisis dibedah dan disimpan di -80°C sampai

proses untuk pengukuran enzimatik. Retroperitoneal dan inguinalis bantalan

lemak yang sepenuhnya dihapus, tertimbang untuk evaluasi adipositas dan

dibuang.

Komposisi tubuh

Komposisi tubuh dievaluasi dengan dual-energy X-ray

absorptiometry. Sebelum dilakukan DXA, hewan dibius dengan ketamin (50

mg/kg BB) dan xylazine (5 mg/kg BB). Lunar DXA 200.368 GE instrumen

(lunar, Wisconsin, USA) dengan perangkat lunak khusus (ulangan 2008, versi

12.20 GE Healthcare) digunakan untuk mengukur: Berat badan (g), tubuh massa

lemak (g), massa tubuh tanpa lemak (g), kepadatan mineral tulang (g/cm2), massa

bebas lemak (g), visceral lemak (%) dan total lemak tubuh (%).

Pengukuran serum hormon

Kadar serum estradiol diukur dengan RIA (MP Biomedicals, LLC,

USA). intraassay yang koefisien variasinya adalah 3,5-15,7%. Koefisien variasi

antar-assay adalah 5,5-15,4%. Radioaktivitas dihitung di counter gamma otomatis

(1470 Wallac WizardTM otomatis gammacounter). Batas deteksi adalah 10-3 000

pg/ml. Hasilnya dinyatakan dalam pg/ml. Semua prosedur yang dilakukan

mengikuti rekomendasi dari kit. Serum Total GH (ng/ml) diukur dengan baik

menggunakan radioimmunoassay khusus (RIA-Lincon Penelitian) atau ELISA

(Mediagnost, Tuebingen, Jerman). Semua tes kekebalan dilakukan sesuai dengan

instruksi pabrik. Batas deteksi adalah 0,5-50 ng/ml untuk RIA dan 0,025-1,5

ng/ml untuk ELISA. Koefisien intra dan inter-assay variasi adalah 3,5-15,7% dan

5,5-15,4%, masing-masing (batas deteksi 10-3000 pg/ml. Radioaktivitas dihitung

di counter gamma otomatis (1470 Wallac WizardTM gamma otomatis counter).

Aktivitas Iodothyronine deiodinase tipe 1 (D1)

Kelenjar pituitari dihomogenisasi di 0.1 Msodium fosfat yang

mengandung 1 mM EDTA, 0.25 M sucrose, dan 10 mM dithiothreitol (pH

6,9). Konsentrasi protein diukur dengan Metode Bradford.  Homogenat (20 ug

protein) diinkubasi selama 1 jam pada 37°C dengan 1 μM rT3 dan 10 mM

dithiothreitol di 100 mM PBS mengandung 1 mM EDTA (pH 6,9). Blank

inkubasi dilakukan dengan tidak adanya protein. Reaksi dihentikan pada es diikuti

dengan penambahan langsung 200 ml serum janin bovine (Cultilab, BR) dan 100

ml asam trikloroasetat (50%, v/ \v). spesifik aktivitas enzimatik dinyatakan

sebagai picomoles dari rT3 deiodinated/min/mg protein.

Pengobatan PTU

Propiltiourasil (PTU) akut menghambat aktivitas D1. 100 ml PTU (2 mg

PTU/100g bw) diinjeksika 4 jam dan 5 menit sebelum sesi latihan akut pada

hewan utuh. Kelompok control menerima 100 ml saline.

Statistika

Hasil menunjukkan ± SEM dan p <0,05 dianggap signifikan secara

statistik.  Sekresi GH pada hewan utuh dianalisis dengan ANOVA satu arah

dilanjutkan UJi Dunnett. Sekresi GH pada tikus diovariektomi dan aktivitas D1

dianalisis dengan ANOVA dua arah dilanjutkan dengan uji Bonferroni

perbandingan berganda. Kadar serum estradiol, GH setelah D1 menghambat

tubuh dan massa lemak dianalisis dengan uji t berpasangan.

Hasil

Ovariektomi (OVX) Jangka Pendek Mengurangi Tingkat Estrogen Tetapi

Tidak Menyebabkan Obesitas

OVX adalah model yang dikenal untuk belajar tikus yang kekurangan

estrogen dan tikus yang kekurangan estrogen berat badannya bertambah setelah 9-

14 hari dari OVX dan obesitas berkembang. Kami mempelajari tikus yang

diajukan untuk OVX jangka pendek (10 hari) untuk menghindari dampak obesitas

pada sekresi GH. Memang, tikus OVX menunjukkan tingkat yang lebih rendah

dari estradiol (33%) dibandingkan dengan tikus utuh, tapi berat tubuhnya tidak

berbeda (tabel 1). Selain itu, OVX jangka pendek tidak mengubah komposisi

tubuh (tabel 1). Dalam rangka untuk menyingkirkan efek OVX pada kapasitas

latihan kami menguji kelompok sebelum dan setelah OVX. Tikus OVX berlari

sebanyak hewan kontrol dan mencapai tingkat yang sebanding dengan kecepatan

maksimal dan tingkat laktat darah (tabel 2). Semua hewan mampu menyelesaikan

sesi latihan akut. Kecepatan (75% Smax) yang digunakan dalam latihan akut

adalah serupa antara kelompok serta peningkatan laktat darah (tabel 3).

Tabel 1. Pengaruh 10 hari ovariektomi pada konsentrasi hormon dan

komposisi tubuh.

Keterangan:

OVX tikus yang dibuat Ovariektomi 10 hari

** P<0,01 dibandingkan dengan kelompok sham

Latihan Intensitas Tinggi Menginduksi Sekresi GH

Pada manusia, setelah intensitas latihan akut tinggi meningkatkan hormon

pertumbuhan dalam darah dan terus meningkat selama menit pemulihan

berikutnya. Pada tikus, hanya satu studi yang diselidiki latihan akut yang

menanggapi GH. Jadi, pertama-tama kita menampilkan waktu kursus pelepasan

GH pada model intensitas tinggi latihan treadmill. Segera setelah latihan, tingkat

serum GH menurun (~74%) meskipun tidak signifikan secara statistic (gambar 1).

Dua puluh menit setelah latihan, serum GH meningkat 2 kali lipat dan mencapai

puncaknya pada 30 menit (~2,4 kali lipat) (gambar 1). Untuk itu,

selanjutnya Studi dilakukan pada 30 menit.

Defisiensi Estrogen Mengganggu Akut Induksi Latihan Hipofisis D1 Dan

Pelepasan GH

D1 dan D2 mengaktifkan hormon tiroid dengan mengkonversi T4 ke T3

lokal. Aktivitas PIT D1 lebih besar pada tikus berolahraga tetapi tidak D2.

Dengan demikian, kita uji apakah OVX bisa merusak aktivasi D1 di PIT

setelah olahraga akut, seperti yang dilaporkan oleh kelompok kami setelah 8

minggu latihan olahraga berenang. Sebuah peningkatan yang signifikan pada

aktivitas D1 terjadi segera setelah latihan (~60%; gambar 2A) di hewan yang

dioperasikan palsu dan GH lebih tinggi (~6 kali lipat; gambar 2B) 30 menit

setelah latihan. Defisiensi estrogen pada ditunjukkan sebanding dengan tingkat

basal GH dan aktivitas D1. Namun, setelah latihan kedua aktivitas D1 dan kadar

serum GH tumpul di OVX dibandingkan dengan tikus menetap (Gambar 2A dan

2B).

Tabel 2. Pengaruh 10 hari Ovariektomi (OVX) pada Kapasitas Aerobik yang

Maksimal dan Konsentrasi Laktat Darah

Keterangan:

Smax kecepatan maksimal (n=18) ; (La) Konsentrasi Lactat (n=5)

* p < 0,05 dibandingkan dengan kelompok basal

Diskusi

Penelitian ini mengungkapkan bahwa defisiensi estrogen disebabkan oleh

ovariektomi jangka pendek (OVX) yang menumpulkan pelepasan hormon

pertumbuhan (GH) yang diinduksi oleh latihan intensitas tinggi (gambar 2B) serta

hormon tiroid  mengaktifkan enzim aktivitas D1 di hipofisis (gambar 2A).

Percobaan ini menunjukkan bahwa konversi T4 ke T3 di PIT bisa berperan dalam

pelepasan GH setelah latihan. Penyumbatan farmakologis D1 dihapuskan oleh

induksi GH dalam model intensitas tinggi latihan treadmill pada tikus betina

(gambar 3).

Beberapa penelitian menyelidiki sekresi GH yang menggunakan stimulus

latihan fisik pada tikus. Oleh karena itu, pertama kita menentukan jalannya waktu

sekresi GH setelah latihan treadmill intensitas tinggi  pada tikus betina (gambar

1). Meskipun tidak signifikan, olahraga tampaknya menekan pelepasan GH tepat

setelah berolahraga (waktu 0 pada gambar 1 q = 1,648) untuk ~26% dari tingkat

basal. Setelah itu, seperti pada manusia, GH meningkat pada waktu mencapai

puncak pada 30 menit setelah latihan (gambar 1). Butkus et al mempelajari tikus

betina Sprague Dawley-dilaporkan bahwa pelepasan GH menurun selama

latihan treadmill akut dan denyut khas GH tidak sembuh hingga 5,5 jam pasca

latihan. Protokol latihan tidak meningkatkan kadar laktat.  Dalam penelitian kami,

kami mengatur intensitas (75%) relatif untuk kapasitas aerobik maksimal

(kecepatan Smax maksimal) untuk mereproduksi studi yang dilakukan pada

manusia dan intensitas ini meningkatkan kadar laktat dalam darah lebih dari 3 kali

lipat (77-88% dari laktat maksimal rata-rata) mengkonfirmasikan sifat intensitas

tinggi dari protokol latihan. 75% Smax pada tikus Wistar jantan mewakili 88%

dari maksimal konsumsi oksigen yang mencirikan latihan intensitas

tinggi. Felsing et al mempelajari efek dari intensitas latihan pada tingkat sirkulasi

GH di laki-laki dilaporkan serum GH lebih besar dan konsentrasi insulin 20-30

menit setelah latihan intensitas tinggi. Oleh karena itu, protokol latihan kami

adalah stimulus ampuh untuk menginduksi kemunculan GH di darah, seperti yang

terjadi pada manusia.

Tabel 3. Karakteristik pada Sesi latihan Akut

Keterangan:

OVX tikus dibuat ovariektomi dari 10 hari;

Smax kecepatan maksimal

La konsentrasi Laktat

* p<0,05 dibandingkan kelompok basal

Gambar 1. Sekresi hormon pertumbuhan setelah latihan. Nilai mean ± SEM

(n = 10). * p <0,05 vs basal (kelompok non exercised) dianalisis dengan analisis

varian satu arah diikuti dengan uji Dunnett

Banyak faktor yang memodulasi sekresi GH seperti latihan fisik, massa

lemak dan steroid gonad. Tingkat basal GH berkurang pada obesitas serta respon

GH pada latihan. Pengurangan kuantitas GH yang disekresikan per denyut adalah

mekanisme utama yang bertanggung jawab untuk konsentrasi serum GH lebih

rendah setelah latihan pada obesitas dibandingkan dengan perempuan kurus.

Kurangnya hormon ovarium pada tikus betina dewasa menyebabkan peningkatan

yang signifikan dalam massa tubuh antara 9-13 hari setelah OVX dan efek yang

dikembalikan oleh pengobatan Estrogen (E2). Untuk menghindari pengaruh

penurunan obesitas yang disebabkan sekresi GH kami lakukan protokol

ovariektomi jangka pendek (10 d), ketika OVX tikus tidak obesitas (tabel 1)

meskipun tingkat serum estrogen 33% . Dalam model kami, sekresi GH setelah 30

menit latihan lebih rendah pada tikus ovariektomi dibandingkan dengan sham,

menunjukkan estradiol yang penting untuk pelepasan GH yang diinduksi olahraga

(gambar 2B). Hal ini sudah diketahui bahwa estrogen mengatur axis GH.

Hormon tiroid (TH) sangat memodulasi sekresi GH. Konsentrasi jaringan

dari T3, biologis tiroid aktif, dan kejenuhan reseptor nuklirnya mengandalkan

transportasi transmembran dari darah ke sitoplasma dan konversi local T4 ke T3

dengan deiodinase. Kedua D1 dan D2 mengaktifkan tiroid di hipofisis, dan 50%

dari PIT terdiri oleh sel yang mensekresi GH. Kami sebelumnya menunjukkan

bahwa baik latihan akut dan kronis positif memodulasi aktivitas D1 di PIT,

berpotensi menghubungkan konversi T4 ke T3 untuk pelepasan GH. Pelatihan

berenang selama 8 minggu meningkatkan aktivitas D1 pada tikus betina palsu

terlatih, sementara gonadectomy tumpul, efek latihan olahraga. Pada tikus jantan

dengan menggunakan model latihan akut yang sama dilaporkan bahwa kegiatan

PIT D1 meningkat 30, 60, dan 120 menit setelah latihan dibandingkan dengan

hewan kontrol menetap. Dalam penelitian ini kami mengkonfirmasi bahwa

aktivitas D1 diinduksi oleh latihan akut pada 30 menit pada tikus betina, namun,

setelah 60 menit aktivitas kembali ke tingkat basal (gambar 2A). Alasan untuk

dimorfisme seksual ini tidak jelas. Lebih penting lagi, kurangnya estrogen yang

menumpulkan respon D1 setelah latihan menunjukkan bahwa estrogen sangat

penting untuk produksi T3 melalui aktivasi D1 di PIT. Bukti bahwa OVX

merusak pelepasan GH dan menginduksi aktivitas D1 di PIT membawa kita untuk

menyelidiki peran D1 dalam pelepasan GH yang diinduksi olahraga. Khususnya,

penghambatan D1 oleh injeksi PTU dihapuskan respon GH (gambar 3).

Gambar 2. Pengaruh intensitas latihan treadmill tinggi pada aktivitas

hipofisis D1 dan pelepasan GH. A) hipofisis deiodinase tipe 1 pada Sham dan

kelompok OVX (basal) dan setelah latihan (30 menit) dan B) tingkat serum

hormon pertumbuhan (basal) dan setelah latihan (30 menit). Nilai mean ±

SEM. Ukuran sampel ditunjukkan dalam kurung. * p <0,05 dan ** p <0,01

dianalisis dengan ANOVA dua arah dilanjutkan uji Bonferroni dengan

perbandingan berganda.

Gambar 3. Dampak penghambatan D1 oleh PTU pada tingkat sirkulasi

hormon pertumbuhan. Nilai mean ± SEM. Ukuran sampel ditunjukkan dalam

kurung. * p <0,05 dianalisis dengan ANOVA dua arah diikuti oleh Bonferroni uji

perbandingan berganda.

Kesimpulannya, defisiensi estrogen merusak induksi enzim yang

mengaktifkan hormon tiroid D1 di hipofisis dan pelepasan GH oleh latihan

akut. Juga, hipofisis aktivasi D1 sangat penting untuk respon GH yang diinduksi

olahraga.