BIOKIMIA STARVASIx - gatot adi nugroho

BIOKIMIA STARVASI
I.PENDAHULUAN
Starvasi adalah suatu keadaan dimana terjadi kekurangan asupan energi
dan unsur unsur nutrisi essensial yang diperlukan tubuh dalam beberapa hari
sehingga mengakibatkan
erjadinya perubahan perubahan proses metabolisme
unsur-unsur utama didalam tubuh.
Dalam kondisi kekurangan makanan yang berlangsung lebih dari satu hari,
akan terjadi berbagai peru bahan metabolik. Kadar i!~sulin akan menurun dan
kadar glukagon akan meningkat akibat penurunan glukosa darah. Respons
metabolic mendasar terhadap starvasi adalah konservasi energi daTi jaringanjaringan tubuh. Oksidasi glukosa menurun secara drastis selama hari pertama
starvasi dan asamasam lemak dimobilisasi, yang akhirnya menimbulkan kenaikan
konsentrasi asam lemak plasma dan gugus keton serta kenaikan derajad oksidasi
lemak.
Karena cadangan glikogen hati dideplesi setelah periode puasa (kelaparan)
selama 24 jam, glukoneogenesis adalah penting untuk memberikan glukosa ke
otak. Glukoneogenesis menjadi proses yang penting terutama karena jenis
jaringan dan sel tertentu yang mencakup sistem syaraf pusat serta erytrosit,
tergantung kepada pasokan glukosa yang berkesinambungan. Pasokan minimal
glukosa
mungkin
diperlukan
dalam
jaringan
ekstra
hepatik
untuk
mempertahankan konsentrasi oksaloasetat dan bentukan siklus asam sitrat.
Disamping itu, glukosa merupakan sumber utama gliserol 3 fosfat dalam jaringan
yang tidak mempunyai energi gliserol kinase seperti jaringan adiposa. Disamping
glukoneogenesis, sejumlah mekanisme tertentu akan mengamankan pasokan
glukosa pacta saat kekurangan dengan membuat substrat lain menghindari
oksidasi (1,2).
1
II. Proses Pemecahan Bahan Makanan
Makanan yang masuk ke dalam tubuh akan mengalami beberapa proses
pemecahan sehingga nantinya akan menghasilkan energi. Adapun tahapantahapan proses pemecahan terse but adalah sebagai berikut :
-Tahap I : Proses pemecahan molekul molekul besar menajdi su bunit sederhana.
-Tahap II: Proses pemecahan subunit sederhana menjadi acetyl CoA yang disertai
dengan produksi ATP dan NADP dalam jumlah terbatas
-Tahap III: Oksidasi CoA-plate daTi acetyl CoA menjadi H2o dan CO2 adalah
meliputi produksi NADM dalam jumlah besar yang menghasilkan ATP dalam
jumlah besarmelalui transport elektron (gambar 1) (2,3)
2
III. Interkonversi Unsur-unsur Makanan Utama
Tidak semua bahan makanan pokok dapat saling dikonversikan seperti yang
terlihat
pacta Gbr. 2
3
Reaksi yang paling bermakna dalam masalah ini adalah konversi piruvat
menjadi asetil-KOA, mengingat asetil-KoA merupakan bahan pangkal untuk
sisngesis
asam
lemak
rantai
panjang.
Dengan
memperhatikan
proses
kebalikannya, yaitu konversi asam lemak menjadi glukosa, reaksi piruvat
dehidrogenase pada hakekatnya tidak reversibel, sehingga mencegah konversi
langsung asetil-KoA menjadi piruvat. Selain itu, konversi neto asetil-KoA
menjadi oksaloasetat lewat siklus asam sitrat
tidak mungkin terjadi, karena
dibutuhkan satu molekul oksaloasetat untuk bergabung dengan asetil-KoA dan
hanya satu molekul oksaloasetat yang dibentuk kembali. Dengan alasan serupa,
konversi neto asam lemak dengan jumlah atom karbon genap (yang membentuk
asetil-KoA) menjadi glukosa atau glikogen tidak mungkin terjadi. hanya bagian
terminal tiga karbon pada asam lemak yang mempunyai bilangan atom karbon
ganjil yang bersifat glukogenik, karena bagian
molekul ini akhirnya akan
membentuk propionil -KoA pada B-oksidasi .Meskipun demikian, atom karbon
berlabel pada asam lemak mungkin saja pada akhimya ditemukan dalam glikogen
setelah melintasi siklus asam sitrat.
Keadaan ini terjadi karena oksaloasetat maupun dalam lintasan
glukoneogenesis. Moietas gliserol pada triasilgliserol akan membentuk glukosa
setelah timbul proses akivasi menjadi gliserol 3 fosfat, dan senyawa ini
merupakan sumber glukosa yang penting pacta starvasi. Banyak rantai karbon
pacta asam amino nonesensial dapat diproduksi dari karbohidrat lewat siklus
asam sitrat dan reaksi transaminasi. Melalui pembalikan proses ini, asam amino
glukogenik menghasilkan rantai karbon yang bisa merupakan anggota atau
prekursor pacta siklus asam sitrat. Dengan demikian, aSam amino glukogenik
mudah dikonversi lewat lintas an glukoneogenik menjadi glukosa dan glikogen.
Asam amino ketogenik menghasilkan asetoasetat yang selanjutnya akan
dimetabolisasi sebagai badan keton sehingga terbentuk asetil-KoA dalam jaringan
ekstrahepatik.
Dengan alasan yang sarna bahwa konversi -netto asam lemak menjadi
karbohidrat tidak mungkin terjadi, maka konversi netto asam lemak menjadi asam
amino glukogenik pun tidak mungkin berlangsung. Juga tidak mungkin terjadi
4
pembalikan lintasan pemecahan asam amino ketogenik atau asam amino lain
yang termasuk kedalam kategori asam amino esensial dilihat dari sudut nutrisi.
Konversi rantai
karbon pacta asam amino glukogenik menjadi asam lemak
mungkin terjadi lewat
pembentukan piruvat dan asetil-KoA atau lewat
pembalikan sejumlah reaksi pacta
siklus asam sit rat yang tidak terjadi dalam
mitokondria dari a-ketoglutarat menjadi sitrat yang diikuti oleh kerja enzim ATPsitrat liase untuk memberikan asetil-KoA (2).
IV. Beberapa Perubahan Metabolik Pada Starvasi
Penyediaan Bahan bakar.
Dalam
keadaan
starvasi
tersedia
pasokan
bahan
bakar
yang
berkesinambungan bagi jaringan. Pacta manusia yang makan secara normal,
proporsi berbagai nutrien pengbasil ka1ori yang dioksidasi akan diatur oleh
proporsi relatifnya dalam diet. Ketika
beralih dari keadaan kenyang kepada
keadaan puasa, ketersediaan glukosa dari makanan akan mnjadi lebih sedikit,
dan glikogen hati akan disekresikan dalam upaya untuk mempertahankan kadar
glukosa darah.
Konsentrasi insulin dalam darah menurun sementara glukoagon
meningkat. Dengan berkurangnya pemakaian glukosa dalam jaringan adiposa dan
menurunny efek inhibisi insulin terhadap lipolisis, lemak akan dimobilisasi
sebagai asam lemak bebas dan gliserol. Asam lemak bebas diangkut ke jaringan
dimana asam lemak bebas tersebut akan mengalami oksidasi atau esterifikasi.
Gliserol bergabung dengan depot karbohidrat setelah mengalami aktivasi menjadi
gliserol 3 fosfat, yang terutama dari keadaan
benar benar kenyang kepada
keadaan puasa total, produksi glukosa endogen (dari asam amino dan gliserol)
tidak starvasi lama, glukosa memberikan kurang dari 5% jumlah total substrat yang
dioksidasi di seluruh tubuh (2)
5
Pemanfaatan Asam asam lemak oleh jaringan
Dalam sebagian besar keadaan, asam lemak bebas dimobilisasi ketika
terjadi kebutuhan oksidatif yang berlebihanmengingat sejumlah besar asam lemak
bebas
akan mengalami esterifikasi sekalipun dalam keadaan puasa. Dengan
mengambil
sejumlah besar asam lemak bebas yang dilepaskan dan melakukan
esterifikasi pacta asam lemak bebas tersebut, hati memainkan peranan sebagai
pengatur dalam pengeluaran asam lemak bebas yang berlimpah daTi dalam darah.
Kalau pasokannya memadai, sebagian besar aliran masuk karbohidrat akan
mengalami esterifikasin akhirnya diangkut kembali daTi dalam hati sebagai VLDL
untuk digunakan oleh jaringan lain. Akan tetapi, dalam menghadapi peningkatan
aliran masuk asam lemak bebas, tersedia jalur alternatif, yaitu ketogenesis, yang
memunginkan hati untuk melanjutkan pengangkutan kembali sejumlah besar aliran
masuk asam lemak bebas dalam bentuk yang mudah digunakan oleh jaringan
ekstrahepatik pacta segala keadaan nutrisi.
6
Sebagian besar prinsip ini dilukiskan dalam Gambar 4.
Akan terlihat adanya siklus karbohidrat yang meliputi pelepasan gliserol
dari jaringan adiposa dan proses konversinya dalam hati menjadi glukosa yang
diikuti oleh pengangkutannya kembali ke jaringan adiposa untuk menyelesaikan
siklus tersebut. Siklus lainnya, yakni siklus lipid, meliputi pelepasan asam lemak
bebas oleh jaringan adipsa, pengangku tannya ke dalam hati serta esterifikasinya
dalam hati, dan pengangkutan kembali sebagai VLDL ke jaringan adiposa (2)
Produksi daD Pemanfaatan Badan Keton
Kondisi penting kedua daTi asam asam lemak yang dilepaskan daTi
adipose adalah produksi badan ketone ( Gambar 5).
7
Signal signal lasting, glukagon tinggi dan Ketocholamme dan insulin
rendah, akan menyebabkan lipolisis dan sebagai konsekuensiya, menyebabkan
ketersediaan asam asam lemak secara mudah untuk metabolisme hepatik.
Pemanfaatan asam lemak hepatik akan terjadi melalui proses normal r3-oksidasi.
r3 oksidasi itu sndiri (tanpa oksidasi lebih lanjut dari -cetyl CoA melalui siklus
Kreb) dapat memproduksi energi dalam jumlah besar.
8
Pada waktu itu, hati juga akan dilibatkan secara aktif dalam proses
glukoneogenesis,
yang
menyebabkan
deplesi
oksaloacetate
mitokondria.
Penurunan oxaloaceate akan menekan aktifitas siklus Kreb. Hal ini tidak akan
mempengaruhi ketersediaan energi pacta hati meskipun acta oksidasi dari asam
asam lemak. Konsekuensi dari peningkatan
oksidasi dalam mengimbangi
penurunan aktifitas siklus Kreb akan berupa peningkatan kadar acetyl CoA.
Langkah terakhir pacta oksidasi adalah peru bahan acetoacetyl CoA menjadi Actyl
CoA dengan ekilibrium aksi ni yang mendukung kadar tinggi dari acetocetyul
CoA. Dipawah situasi dan kondisi ini, acetyl CoA dan acetoacetyl CoA akan
terbentuk dengan pembentukan hydroxylmethyl glutaryl CoA ( Gambar 5).
Pemecahan atau peruraian senyawa ini akan menyebabkan pembentukan
acetoacetate.
Reduksi acetoacetate akan memproduksi hydroxybutyreat. Badan ketone
ketiga, yakni acetone, diproduksi oleh dekarboksilasi non enzimatik dari
asetoacetate. Pembentukan badan ketone terjadi secara luas dalam hati dan
meskipun dominan dalam starvasi dan diabetes, namun belum diketahui hasilnya
apabila berada dibawah kontrol hormon langsung.
Tampaknya hat ini terjadi terti tama karena tingkat pelepasan tinggi dari
asam
asam
lemak
yang
disertai
dengan
pelepasan
oxaloacete
untuk
glukoneogenesis. Ketiga bodi ketone ini, yakni acetoacetate, Bhydroxybutyrate dan
acetone, akan keluar dari hati dan memauski darah sistemik. Tubuh tidak mampu
memetabolisasi acetone, dan dieliminasi dalam urine dan diekhalasi oleh paru
paru. acetone bukanlah merupakan produk utama, akan tetapi karena aromanya
pacta urine dan pacta pernafasan, telah dibuktikan sejak dini dalam situasi klinis.
Pada kenyataannya, karena produksi badan ketone diakui terjadi pacta
konotasi negatif daTi starvasi dan penyakit, senyawa senyawa ini pada mulanya
dieliminasi sebagai bagian yang tidak bermanfaat secara metabolik. Akan tetapi,
acetoacetate dan (3-hydroxybutyrate, dapat dimanfaatkan secara mudah sebagai
bahan bakar metabolik, dan selama periode starvasi, akan memberikan kontribusi
penting bagi home stasis bahan bakar. Pacta starvasi dan diabetes, konsentrasi
acetoacetat dan (3-hydroxybutyrate dalam plasma adalah pacta rasio sekitar 1
9
berbanding 5. Alasan terhadap rasio ini adalah berhubungan langsung dengan
status metabolik dari hati pacta waktu produksinya. Dibawah situasi dan kondisi
seperti ini, tingkat peruraian tinggi dari asam asam lemak terjadi lebih tinggi dari
kebutuhan energi hati. Kadar NADH yang dicapai, dan juga kadar NADH tinggi,
dan kadar NAD yang rendah, akan mendukung keseimbangan antara aceto acetate
dan r>-hydroxybutyrate dalam mendukung keseimbangan ini. Pemanfaatan badan
ketone dalam jaringan peripheral seperti otot skletal juga diilustrasikan pada
gambar 6.
hydroxybutyrate pertama dikonversi menjadi acetoacetate yang
diaktivasi pada periode berikutnya menjadi acetoacetyl CoA. Seperti halnya pada
tahap akhir daTi r>-oksidasi, acetoacetyl CoA dapat diuraikan untuk membentuk
dua mol acetyl CoA yang kemudian dioksidasi melalui siklus Kreb guna
menghasilkan energi. Aktivasi acetoacetate menjadi acetoacetyl CoA memerlukan
succinyl CoA yang dikonversi menjadi succinate. Konversi succinyl CoA menjadi
succinate. juga terjadi sebagai salah satu reaksi dari siklus Kreb. Sebagaimana
diperlihatkan pada Gambar 6, aktivitasi aceto-acetate dengan mudah memberikan
route alternatif bagi terjadinya proses ini.
10
Sejumlah besar jaringan dapat dengan mudah menggunakan badan ketone
sebagai sumber energi, salah satu pengecualian utama terhadap hill ini adalah
otak. Dibawah situasi khusus dari pola makan yang tegular, otak tidak dapat
menggunaan badan ketone sebagai sumber energi karena kekurangan enzim
untuk mengaktivasi acetoacette. Yang lebih penting lagi, enzim ini diinduksi
dalam otak setelah sekitar 4 hari starvasi dan selama starvasi ter jadi, otak akan
mampu memperoleh 40 -60 persen dari energi ini dari oksidasi ketone. Sejumlah
glukosa masih diperlukan oleh otak dalam starvasi jangka panjang, akan tetapi
kebutuhan untuk memproduksi glukosa akan nya berkurang.
• Defisiensi thiamine (vitamin B) menyebabkan eriberi, yang dapat terlihat
selama terjadinya gagal jantung dan edema, penyakit otak dan sarro atau
kedua. Defisiensi riboflavin menyebabkan sakit mulut dan tenggorokan,
ruam kulit dan anemia.
•
Kekurangan vitamin C ( asam askorbat) menyebabkan kerusakan rambut,
pendarahan di bawah kulit, otot dan persendian, penyakit urn, luka sulit
sembuh, dan pada kasus kasus yang hebat, terjadi konvulsi, demam
kehilangan tekanan darah dan kematian.
•
Vitamin B12 diperlukan utuk mempertahankan sistem saraf bekerja dengan
baik, dan vitamin B12 serta pyridoxine (vitamin b8) keduanya diperlukan
untuk pembentukan darah.
•
Defisiensi vitamin A pada awalnya menyebabkan kehilangan pandangan di
malam hari dan pada akhimya menyebabkan kebutaan akibat kerusakan
komea, suatu jenis penyakit yang disebut keratomalasia.
•
Vitamin K adalah penting untuk penggumpalan darah
•
Vitamin D akan mengatur keseimbangan kalsium. Tanpa vitamin D, anak
anak akan mengalami ricket dan orang dewasa mengalami osteomalasia (5)
VI. Pengobatan
Pada mulanya, asupan makanan harus dibatasi sampai fungsi GI pulih.
Bagi orang dewasa, makan harus bland, dan pemberian cairan dibatasi sejak
awal sampai sekitar 100 ml untuk menghindari diarhea. Formual yang terdiri
11
daTi 42 % susu skim
kering, 32% minyak edible, dan 25% sukrosa plus
elektrolite, mineral dan suplemen vitamin sangat direkomendasikan. Dengan
tanpa tanda-tanda defisiensi mikronutrien, mikronutrien harus diberikan sekitar
dua kali lipat Recomm ended
Dietary Allowance (RDA). Asupan makanan
ditingkatkan secara bertahap dan sekitar 5000 kkal / hari daD kenaikan berat
setiap minggu adalah 1.5 sampai 2.0 kg.
Bila diarhea bertahan terus dengan tanpa infeksi, intoleransi laktosa
temporer dapat dicurigai. Yogurt, dimana laktosa dihidrolisa sebagian menjadi
glukosa dan
galaktosa, ditolerasi dengan baik. Pasien non responsive dapat
memerlukan feeding melalui tabling nasogastrik, dan nutrisi parenteral
diindikasikan bila malabsorbsi sangat parah.
lnstruksi dietary yang lengkap bukan saja menyangkut diet berimbang,
diperlukan untuk mengatasi defisiensi, yang sering sangat nyata. Selama pasien
mencapai kembali berat tubuhnya, ketidakseimbangan asupan vitamin dan
mineral dapat menimbulkan tanda tanda klinis dari penyakit defisiensi. Untuk
menghindari masalah ini,pasien harus terus mengkonsumsi mikronutrien sampai
sekitar dua kali RDA sampai pemulihan kondisi sempurna (1,6)
VII. Prognosis
Orang dapat pulih dari berbagai tingkatan starvasi sampai status dan fungsi normal.
Anak anak dapat menderita retardasi mental ataupun gangguan pertumbuhan yang
bersifat permanen hila deprvasinya berlangsung lama dan ekstrim (1,6)
12
DAFTAR PUSTAKA
1. The Merck Manual, Starvation, Sc 1.Ch.2, Malnutrition, Merck and
Co.Inc,White Hous Station, N.J. USA, 1995.
2. Murray, Robert K. Harpers biochemistry, Ed. 25, Appleton and Lange, 2000
:298-305.
3. Sinaga, HSRP. Catatan Kuliah Biokimia, FK USU, 2000.
4. httpjwww, np.Edu.sg-dept-bio j biochemistry j aab j topics jaab 5. lipid.httm:1:fatbreak, Metabolism, Homeostatis of Lipid Fuels.
6.
Polsdarfer, J. Rider, Starvation, Gale Encyclopedia of Medicine, Gale
Research,1999.
7.
Zauner Christian, et.al. Resting Energy Exppenditure In Short-Term
8. Starvation Is Increased As A Result Of An Increase In Serum
Norepinephrine.American Journal of Clinical Nutrition, vol 71, No.6.
2000: 1511-1515.
13