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
