Efek Pemberian Mikrokapsul Sumsum Tulang Sapi Bali (Bos sondaicus) terhadap Pertumbuhan dan Aspek kognitif Anak Tikus Sprague Dawley

Abstract

Fase seribu hari pertama kehidupan (1000) HPK merupakan fase yang krusial dalam perjalanan hidup seseorang. Kegagalan tumbuh dan berkembang pada fase ini menimbulkan dampak permanen hingga usia dewasa. Stunting adalah salah satu masalah kekurangan gizi kronik yang banyak terjadi pada anak- anak. Prevalensi stunting di Indonesia saat ini masih tinggi yaitu mencapai 30%. Intrauterine growth retardation (IUGR) menjadi salah satu faktor resiko yang dapat meningkatkan kejadian stunting pada anak- anak. Dampak negatif stunting saat masa anak- anak diantaranya adalah perlambatan tumbuh dan kembang pada fase hidup selanjutnya, penurunan kemampuan kognitif, dan meningkatnya resiko penyakit degeneratif. Kecukupan dan ketersediaan zat gizi memainkan peranan penting dalam mendukung pertumbuhan dan perkembangan janin dan bayi. Zat gizi makro dan mikro diperlukan untuk mengaktifkan GH/IGF-1 axis sehingga potensi pertumbuhan linear berjalan optimal. Zat gizi yang terdapat di dalam pangan dapat memengaruhi komposisi kimia otak dan perasaan. Otak yang sehat akan memproduksi lebih banyak neurotropin sehingga mendukung fungsi sel saraf yang baik dalam menjalankan aktifitas belajar dan memori. Sebaliknya, defisiensi zat gizi akan mengakibatkan gangguan dalam pertumbuhan dan perkembangan otak seperti neurogenesis, migrasi, dan diferensiasi sel syaraf. Zat gizi yang dikonsumsi selama hamil juga digunakan untuk meningkatkan berat badan, menjaga kesehatan, dan sebagai simpanan energi untuk mempersiapkan laktasi. Akan tetapi, masih banyak ditemukan wanita hamil yang mengalami kekurangan gizi akibat intake energi dan protein yang rendah. Oleh sebab itu, ibu yang sedang hamil membutuhkan pangan tambahan kaya zat gizi terutama yang berasal dari sumber hewani. Sumsum tulang sapi sebagai salah satu sumber pangan hewani lokal belum banyak dimanfaatkan secara optimal. Sumsum tulang sapi mengandung berbagai zat gizi penting yang diperlukan selama kehamilan. Penelitian menggunakan hewan coba pada penelitian sebelumnya memperlihatkan adanya potensi sumsum tulang sapi dalam mendukung pertumbuhan dan perkembangan janin. Pemberian sumsum tulang sapi meningkatkan pertumbuhan linear, berat organ, dan hormon pertumbuhan anak tikus. Olahan sumsum tulang sapi yang dibuat mikrokapsul mengandung karbohidrat, asam amino, asam lemak termasuk omega 3, omega 6, spingomielin, kalsium, fosfor, zat besi, vitamin A, kolin, zink, dan selenium. Kandungan zat- zat gizi tersebut sangat diperlukan janin selama awal kehidupan dari mulai di dalam kandungan hingga menyusui. Penelitian ini merupakan uji praklinis yang menganalisis pengaruh pemberian mikrokapsul sumsum tulang sapi terhadap parameter pertumbuhan dan kognitif anak tikus yang induknya dibuat defisiensi protein. Penelitian ini menggunakan desain eksperimental dengan rancangan acak lengkap (RAL). Tahap pertama dilakukan dengan pembuatan pakan intervensi dan mikrokapsul sumsum tulang sapi. Tahap selanjutnya adalah mengevaluasi efek pemberian mikrokapsul sumsum tulang sapi pada induk tikus yg dibuat defisiensi protein selama bunting dan laktasi. Setelah bunting, induk tikus dibagi menjadi empat kelompok yaitu, kelompok pakan normal (P0), kelompok pakan rendah protein (P1), kelompok pakan rendah protein dan mikrokapsul sumsum tulang sapi (P2), serta kelompok pakan rendah protein dan asam lemak omega 3 (P3). Parameter induk tikus yang diamati diantaranya adalah intake pakan, asupan zat gizi makro, berat badan selama bunting dan menyusui, berat saluran reproduksi, total protein serum, profil hematologi, profil lipid, berat organ, serta morfologi organ hati, jantung, dan ginjal. Setelah induk tikus melahirkan, anak tikus diamati parameter pertumbuhannya seperti berat badan, panjang badan, lingkar kepala, berat organ, dan kadar IGF-1 serum. Parameter kognitif yang dianalisis adalah berat otak, jumlah sel neuron dan morfologi hipokampus, kadar BDNF, serta spasial memori dengan Y-maze. Konsumsi mikrokapsul sumsum tulang sapi pada induk tikus defisiensi protein dapat meningkatkan intake energi, karbohidrat, dan lipid, menambah berat badan saat bunting dan menyusui, memiliki durasi bunting yang cukup, dan menghasilkan jumlah anak yang lebih banyak. Induk tikus yang diberikan mikrokapsul sumsum tulang sapi tidak memperlihatkan perubahan profil lipid yang tinggi setelah laktasi dibandingkan kelompok lainnya. Hasil analisis morfologi hati, jantung, dan ginjal tidak ditemukan adanya kerusakan jaringan akibat degradasi lipid. Anak- anak tikus yang dilahirkan dari kelompok mikrokapsul sumsum tulang sapi menunjukkan pertambahan berat badan dan panjang badan yang lebih besar dibandingkan dengan kelompok lainnya. Berat organ seperti hati, jantung, ginjal, limfa, dan paru- paru juga lebih besar pada anak tikus kelompok mikrokapsul sumsum tulang sapi. Potensi pertumbuhan linear dan organ yang optimal tersebut diperantarai oleh tingginya kadar IGF-1 serum anak tikus. Parameter kognitif anak tikus yang dihasilkan dari pemberian mikrokapsul sumsum tulang sapi dalam penelitian ini juga memperlihatkan hasil yang baik. Konsumsi mikrokapsul sumsum tulang sapi mengoptimalkan berat otak dan jumlah sel neuron hipokampus pada area cornu ammonis 2 (CA2), CA3, dan dentata girus. Kadar BDNF anak tikus lebih tinggi dibandingkan dengan kelompok anak tikus yang diberikan hanya diberikan pakan rendah protein. Skor Y-maze pada hari ke-25 paling besar dimiliki oleh anak tikus dari kelompok mikrokapsul sumsum tulang sapi. Berdasarkan hasil penelitian ini, mikrokapsul yang dikonsumsi selama hamil dan laktasi mempunyai potensi mendukung pertumbuhan dan kognitif anak. Alternatif pangan tambahan berupa mikrokapsul sumsum tulang sapi yang bergizi, praktis, dan tahan lama diharapkan dapat berkontribusi pada intervensi gizi spesifik dari masalah gizi stunting.

The initial one thousand days of life is an essential period in an individual's life trajectory. The consequences of failing to grow and develop during this stage persist into adulthood. Stunting is a prevalent complication of chronic malnutrition among infants. At present, 30% of the population in Indonesia is affected by malnutrition. As a risk factor, intrauterine growth retardation (IUGR) may contribute to an increased incidence of stunted growth in children. Sluggish growth and development in adulthood, diminished cognitive abilities, and an increased susceptibility to degenerative diseases are all adverse consequences of childhood stunting. The sufficiency and accessibility of nutrients are crucial factors in facilitating the growth and maturation of fetus and infant. The GH/IGF-1 axis requires both macro and micro nutrients to be activated in order to optimize linear growth potential. The nutrients present in meals have the potential to influence the chemical composition of the brain and emotions. An optimally functioning brain will generate a greater amount of neurotrophins, which in turn facilitate the communication between neurons in the execution of cognitive processes such as learning and memory. Conversely, a brain lacking specific nutrients will lead to disruptions in brain growth and development, including neurogenesis, cell migration, and differentiation. Nutrients ingested during pregnancy serve the purposes of augmenting bodily mass, sustaining well-being, and serving as energy stores to prepare for lactation. Nevertheless, a significant number of pregnant women continue to suffer from malnutrition as a result of inadequate consumption of energy and protein. Thus, pregnant women require supplementary nutrient-dense diet, particularly those derived from animal sources. Cow bone marrow is an underutilized local animal food source. The cow's bone marrow is rich in essential nutrients required for pregnancy. Prior research utilizing animal models has demonstrated the potential of cow bone marrow. Administering cow bone marrow improved growth hormone, linear growth and organ weight in rat progeny. The microcapsules derived from processed cow bone marrow consist of carbohydrates, amino acids, fatty acids (including omega 3 and omega 6), sphingomyelin, calcium, phosphorus, iron, vitamin A, zinc, and selenium. The presence of these essential nutrients is crucial for the development of the fetus during the early stages of life, starting from gestation until the period of breastfeeding. This study is a preclinical trial that aims to examine the impact of providing cow bone marrow microcapsules on growth and cognitive parameters of rat pups whose mothers were subjected to protein deficiency. This study employed an experimental approach with a completely randomized design. The initial phase was the production of cow bone marrow microcapsules and intervention feed. The subsequent phase involves assessing the impact of providing bovine bone marrow microcapsules to protein-deficient rat mothers during pregnancy and lactation. Following pregnancy, the mother rats were categorized into four groups: the control group (P0) receiving a normal diet (20% casein), the low protein group (10% casein) (P1), the low protein (10% casein) and cow bone marrow microcapsules (P2), the low protein group (10% casein) and omega 3 fatty acids (P3). The observed parameters of the mother rats encompassed their feed intake, intake of macronutrients, body weight throughout pregnancy and lactation, weight of reproductive tract, total serum protein levels, hematological profile, lipid profile, organ weight, and the morphology of the liver, heart, and kidneys. The growth features of rat progeny were monitored after mother rat gave birth, including the measurements of body weight, body length, head circumference, organ weight, and serum IGF-1 levels. The cognitive criteria examined were brain weight, neuronal cell count, hippocampus morphology, BDNF levels, and spatial memory assessed using the Y-maze test. The ingestion of cow bone marrow microcapsules by protein-deficient female mice can enhance their intake of calories, carbohydrates, and lipids. This can lead to an increase in body weight during both pregnancy and lactation, as well as a longer duration of pregnancy and a higher number of offspring. Female rats administered cow bone marrow microcapsules did not exhibit notable alterations in their lipid profile after lactation period. No tissue damage caused by lipid breakdown was performed in liver, heart, and kidneys based on the results of morphological investigation. Rat offspring derived from the cow bone marrow microcapsule group exhibited a more substantial augmentation in both body weight and body length in comparison to the other groups. The rat offspring from the cow bone marrow microcapsule group exhibited increased weight of organs such as the liver, heart, kidneys, spleen, and lungs. High levels of IGF-1 in the serum of rat pups mediate the capacity for optimal linear and organ growth. The cognitive variables in this study also demonstrated favorable outcomes. Consuming cow bone marrow microcapsules enhances brain weight and increases the quantity of neuron cells in the CA2, CA3, and dentate gyrus regions of the hippocampus. The BDNF levels of rat pups were elevated in comparison to the group of rat pups that received exclusively low-protein chow. The Y-maze scores of rats from the group treated with cow bone marrow microcapsules performed the most significant rise on day 25. According to the findings of this study, the ingestion of microcapsules during pregnancy and breastfeeding has potency to enhance the growth and cognitive functions of children. Additional food options, in the form of cow bone marrow microcapsules, are expected to provide nutritious, practical, and long-lasting food product to address stunting prevention.