Tinjauan Pustaka
Peranan asam lemak esensial terhadap perkembangan otak dan ketajaman penglihatan Nelly Simarmata, Tiangsa Sembiring, Tri Faranita, Winra Pratita Departemen Ilmu Kesehatan Anak Fakultas Kedokteran, Universitas Sumatera Utara/ RSUP. H. Adam Malik, Medan
Abstrak Nutrisi yang mengandung asam lemak esensial berperan penting dalam perkembangan otak dan ketajaman penglihatan. Asam lemak esensial dibutuhkan untuk pemeliharaan kesehatan optimal namun manusia tidak dapat mensintesisnya dan harus diperoleh dari makanan. Ada dua jenis asam lemak esensial yaitu asam lemak omega-3 dan omega-6. Keseimbangan antara kedua asam lemak ini sangat penting. Defisiensi kedua asam lemak pada periode kritis dapat berpengaruh terhadap perkembangan anak dikemudian hari. Beberapa penelitian telah membuktikan pentingnya peranan asam lemak esensial pada masa penting perkembangan otak dan ketajaman penglihatan pada anak. Kata kunci: asam lemak esensial; perkembangan otak; ketajaman penglihatan
Abstract Essential fatty acids play an important role in brain development and visual acuity. Essential fatty acids are needed for optimal health, but human can not synthesize and must be obtained from food. There are two types of essential fatty acids, omega-3 and omega-6. The balance between these essential fatty acids is very important. Deficiency of these essential fatty acids in the critical period may affect the development of children in the future. Several studies have proven the importance of essential fatty acids in the period of brain development and visual acuity in children Keywords: essential fatty acids; brain development; visual acuity
PENDAHULUAN Perkembangan otak di mulai saat bayi dalam kandungan. Secara umum faktor yang mempengaruhi perkembangan otak adalah faktor genetik dan faktor lingkungan.1 Faktor genetik merupakan faktor internal yang diperoleh dari rekombinasi gen kedua orangtuanya. Faktor lingkungan meliputi semua faktor dari luar diri anak, seperti nutrisi dan stimulasi. Kecukupan nutrisi yang seimbang mempengaruhi pembentukan otak dan jaringan saraf.1-3 Ibu hamil harus mengkonsumsi makanan yang cukup dan bernutrisi, agar perkembangan otak bayi optimal.4 Perkembangan ketajaman penglihatan belum sempurna pada saat lahir, terutama pada bayi prematur. Maturasi dari
sistem penglihatan dipengaruhi oleh berbagai faktor termasuk nutrisi sebelum dan sesudah kelahiran serta stimulasi penglihatan sesudah lahir. Pada awal tahun kehidupan, bayi dan anak lebih rentan mengalami gangguan penglihatan. Perkembangan penglihatan yang abnormal dapat menyebabkan gangguan penglihatan jangka panjang atau bahkan permanen. Nutrisi yang mengandung asam lemak esensial memegang peranan penting dalam perkembangan ketajaman penglihatan dan dapat melindungi bayi dari gangguan perkembangan ketajaman penglihatan.5,6 Asam lemak esensial juga berperan dalam pertumbuhan neuron, perkembangan proses sinapsis dari sel saraf dan
177 | Majalah Kedokteran Nusantara ' Volume 45 ' No.3 ' Desember 2012
ekspresi dari gen yang mengatur diferensiasi dan pertumbuhan sel.7-9 Selain itu, asam lemak esensial juga penting sebagai neurotransmitter yang mempengaruhi kognitif, mood dan tingkah laku.7 Defisiensi asam lemak esensial dapat mempengaruhi perkembangan anak dikemudian hari.8,10,11 Definisi asam lemak esensial Asam lemak esensial adalah nutrisi penting yang diperlukan untuk pertumbuhan, pemeliharaan dan fungsi dari berbagai proses fisiologis, dimana tubuh manusia tidak dapat mensintesisnya sehingga harus diperoleh dari makanan.12,13 Asam lemak adalah bentuk lemak yang paling sederhana, terdiri atas rantai karbon yang biasanya berjumlah genap dengan gugus asam karboksilat pada salah satu ujungnya dan gugus metil pada ujung lainnya.7,12,13 Berdasarkan ada tidaknya ikatan rangkap, asam lemak terbagi menjadi asam lemak jenuh, asam lemak tidak jenuh tunggal dan asam lemak tidak jenuh ganda.14 Struktur asam lemak esensial Asam lemak esensial disebut juga dengan asam lemak tidak jenuh ganda. Ada 2 jenis asam lemak tidak jenuh ganda yaitu asam lemak omega-3 dan asam lemak omega-6. Ikatan rangkap pertama dari omega-3 yaitu alpha-linolenic acid (ALA) dan turunan rantai panjangnya yaitu eicosapentaenoic acid (EPA) dan docosahexaenoic acid (DHA), berada pada posisi rantai karbon ke-3 dari gugus metil.15,16 Ikatan rangkap pertama dari omega-6 berada pada posisi rantai karbon ke-6 dari gugus metil, yaitu linoleic acid (LA), gamma-linolenic acid (GLA), docosapentaenoic acid (DPA) dan arachidonic acid (AA). Keseimbangan antara kedua asam lemak esensial ini sangat penting.17 Pencernaan, penyerapan dan metabolisme dari asam lemak esensial Makanan di mulut merangsang kelenjar saliva melepaskan enzim yang mencerna lemak.14 Di lambung, lemak mengalami hidrolisis oleh enzim lipase lambung. Saat memasuki usus halus terjadi pelepasan hormon kolesistokinin yang memberi sinyal kepada kantung empedu untuk melepaskan asam empedu. Setelah diemulsifikasi oleh asam empedu akan terbentuk misel yang larut dalam air. Misel akan ditangkap oleh enzim lipase pankreas, dimana enzim ini akan menghidrolisis trigliserida menjadi monogliserida dan asam lemak.14,18 Monogliserida dan asam lemak bebas terlepas dari misel dan mengalami reesterifikasi menjadi trigliserida. Trigliserida akan membentuk kilomikron, masuk ke saluran limfatik dan dibawa ke seluruh tubuh.14 Transportasi asam lemak esensial yaitu kilomikron, very low density lipoprotein (VLDL), low density lipoprotein (LDL) dan high density lipoprotein (HDL).19,20 Hal ini dapat dilihat dari gambar berikut ini.11
178 Gambar 1. Pencernaan dan penyerapan asam lemak esensial11 Konversi ALA dan LA dimulai dari proses desaturasi oleh enzim delta (•) 6 desaturase kemudian mengalami elongasi yaitu perpanjangan rantai karbon, dan terjadi proses desaturasi oleh enzim •5 desaturase sehingga terbentuklah EPA dan AA. Selanjutnya EPA dan AA akan mengalami dua kali proses elongasi dan satu kali proses desaturasi oleh enzim •6 desaturase. Konversi akhir ALA menjadi DHA dan LA menjadi DPA membutuhkan translokasi ke peroksisom untuk masuk ke dalam reaksi beta oksidasi.14,21-23 Kebutuhan asam lemak esensial pada bayi dan anak Rekomendasi kebutuhan akan ALA adalah 0.7% sampai 2.1% dari total kalori, kebutuhan akan DHA yaitu 0.2% sampai
The Journal of Medical School, University of Sumatera Utara
| 178
Nelly Simarmata dkk
0.5% dari total kalori. Rekomendasi kebutuhan akan LA adalah 3.2% sampai 12.8% dari total kalori, kebutuhan akan AA yaitu 0.3% sampai 0.7% dari total kalori. Perbandingan AA dan DHA adalah 1.2-2 : 1.19 Penelitian tahun 2010 tentang dosis DHA untuk bayi agar dapat berefek maksimal bagi perkembangan penglihatan dan otak adalah 0.32 % dari jumlah asam lemak atau sekitar 17 miligram setiap 100 kilo kalori.24 Sumber makanan Sumber makanan yang banyak mengandung omega-3 adalah minyak kanola, minyak kenari, sayuran berdaun hijau, minyak ikan, ikan kembung, salmon, tuna, sardin.7,13 Sumber makanan yang banyak mengandung omega-6 adalah minyak bunga matahari, minyak jagung dan minyak kedelai.7,12 Defisiensi asam lemak esensial Defisiensi asam lemak esensial ditandai dengan dermatitis berupa kulit kering, deskuamasi dan penebalan kulit. Dapat juga disertai dengan gangguan pertumbuhan, perlemakan dan gangguan keseimbangan cairan. Gejala pada kulit dan kehilangan cairan merupakan contoh gangguan struktur dan fungsi membran. Penyebab paling sering dari defisiensi asam lemak esensial pada semua kelompok umur adalah pemakaian jangka panjang nutrisi parenteral tanpa lemak.12,25 Defisiensi asam lemak omega-3 dapat berupa gangguan pertumbuhan, gangguan penglihatan, gangguan mielinisasi otak, kebas pada ekstremitas, gangguan kordinasi motorik dan gangguan belajar.25,26 Defisiensi asam lemak omega-6 dapat berupa terjadinya perubahan kepribadian, gangguan kandung empedu, lamanya penyembuhan luka, masalah kardiovaskular, arthritis, gangguan pertumbuhan, masalah ginjal, gangguan kulit, tremor otot.26 Perkembangan otak27,28 Perkembangan otak manusia yang sangat pesat terjadi pada masa prenatal dan beberapa bulan setelah kelahiran. Proses perkembangan otak terdiri dari berbagai tahapan yaitu: 1. Neurogenesis Pembentukan neuron dimulai saat 7 minggu sampai 5 bulan usia gestasi. Pada masa prenatal diperkirakan 250,000 sel otak terbentuk setiap menit melalui proses pembelahan sel yang disebut mitosis. 2. Migrasi sel Setelah neuron terbentuk, sel neuron akan berpindah ke struktur otak dasar dan struktur otak yang lebih tinggi. Migrasi ini terjadi 7 bulan sesudah masa konsepi. 3. Diferensiasi sel Setelah migrasi ke posisi yang tepat, sel neuron matang dan terjadi pertumbuhan dendrit dan akson. Diferensiasi sel dimulai sekitar usia 7 bulan masa gestasi. 4. Sinaptogenesis Akson terhubung dengan dendrit neuron lain untuk membentuk sinapsis. Neuron terhubung ke neuron lain
membentuk jaringan saraf. Sinapsis terbentuk sejak dari lahir sampai usia tiga tahun. Pada saat dewasa sekitar 100 triliun sinapsis membentuk hubungan antara miliaran neuron 5. Mielinasi Mielin adalah substansi putih, berlemak yang membungkus akson dapat mempercepat komunikasi antara neuron. Prosesnya dimulai pada trimester ketiga kehamilan dan berlanjut hingga dewasa. Air susu ibu (ASI) mendukung mielinasi di otak karena ASI mengandung asam lemak esensial yang digunakan untuk membentuk mielin Perkembangan ketajaman penglihatan Pertumbuhan mata telah dimulai sejak usia 5 minggu kehamilan, berawal dari terbentuknya celah optik yang berasal dari neural tube, membentuk vesikel optik dan akhirnya akan terbentuk komponen-komponen mata. Lensa dan kornea berasal dari permukaan ektoderm, sedangkan retina, pigmen epitel dan syaraf optik berasal dari neural ektoderm.6 Sebagian besar proses penting dalam pertumbuhan retina terjadi antara usia kehamilan 24 minggu dan 3 sampai 4 bulan usia. Sel kerucut, sel bipolar untuk sel amakrin dan ganglion belum matang pada bayi berusia 3 bulan sehingga tidak dapat membedakan warna dengan baik. Pada bayi prematur bahkan tidak membedakan warna sama sekali. Daerah fovea pada retina masih imatur saat usia 6 sampai 8 bulan. Makula merupakan bagian yang paling terakhir berkembang. Saat lahir makula sangat imatur sehingga belum dapat berfungsi dengan baik. Perkembangan retina terjadi sampai anak berusia 4 tahun.6 Sejalan dengan bertambahnya usia, terdapat 3 proses penting yang terjadi secara bersamaan dalam perkembangan ketajaman penglihatan yaitu diferensiasi fotoreseptor sel kerucut, mengecilnya daerah bebas sel batang dan peningkatan kepadatan sel kerucut.6 Pada saat lahir, ketajaman penglihatan sangat buruk, yaitu hanya sebatas lambaian tangan atau jari saja, hal ini karena sebagian besar pusat penglihatan di otak yang bertanggung jawab dalam proses penglihatan masih imatur. Namun selama usia beberapa bulan pertama, ketajaman penglihatan akan semakin meningkat sejalan dengan bertambah baiknya fokus gambar pada retina yang merupakan stimulasi perkembangan bagi pusat penglihatan. Perkembangan penglihatan yang paling aktif namun juga rentan adalah saat usia 3 bulan pertama, yang disebut periode penting dalam perkembangan penglihatan. Perkembangan ketajaman penglihatan berlanjut hingga usia 7 sampai 8 tahun, namun perkembangannya berjalan lebih lambat.5,6 Peranan asam lemak esensial pada perkembangan otak Hanya sedikit penelitian klinis mengenai peranan asam lemak esensial dan perkembangan kognitif pada bayi.19 Suatu penelitian membandingkan efek suplementasi asam lemak esensial pada kelompok bayi prematur yang diberikan formula AA dan DHA ataupun alga dengan kelompok kontrol tanpa
179 | Majalah Kedokteran Nusantara ' Volume 45 ' No.3 ' Desember 2012
Peranan asam lemak esensial terhadap perkembangan otak dan ketajaman penglihatan
suplementasi. Didapatkan pada bayi yang mendapatkan suplementasi DHA mempunyai skor yang lebih tinggi dalam penilaian perkembangan mental dan psikomotor saat usia 18 bulan.29 Lemak merupakan komponen utama penyusun otak yang terdiri dari kolesterol dan fosfolipid yang kaya asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai panjang yang paling banyak didapatkan dalam fosfolipid otak adalah AA dan DHA. Pada periode perkembangann otak, kandungan AA dan DHA meningkat pada membran sel saraf. Dengan adanya fakta ini diduga AA dan DHA berperan penting dalam proses perkembangan otak, terutama pada saat otak tumbuh dengan cepat, yaitu pada trimester ketiga kehamilan hingga usia 2 sampai 3 tahun.29 Dalam jaringan otak, terutama dalam bagian kelabu mempunyai kandungan DHA yang tinggi dibandingkan dengan bagian putih. Dalam neuron, AA dan DHA berperan sebagai bagian struktural non mielin dari membran neuron, yaitu AA terdistribusi di fosfolipid membran sekeliling badan sel, sedangkan DHA sangat banyak didapatkan di membran presinaptik. Selama pertumbuhan otak, neuron berdiferensiasi membentuk akson dan dendrit yang akan diakhiri dengan pertumbuhan growth cones. Proses perpanjangan akson dan transformasi membutuhkan komposisi asam lemak, khususnya AA dan DHA.15,17 Suatu penelitian mendapatkan bahwa DHA berperan pada membran growth cones. Pada saat cadangan DHA sangat terbatas, membran sel neuron menjadi prioritas utama dalam perkembangan sel, diikuti perpanjangan akson dan growth cone, pada akhirnya sangat membantu dalam transfer impuls antar jaringan. AA dalam membran neuron berperan sebagai modulator untuk mengontrol pelepasan dan penyerapan kembali neurotransmiter serta transmisi sinaptik. AA dan DHA berperan penting dalam pengaturan neurotransmiter dalam sistem impuls saraf dan pertumbuhan neuron khususnya growth cone dan sinaptogenesis.30 Bayi yang mengkonsumsi ASI atau formula yang mengandung AA dan DHA akan menunjukkan developmental quotient (DQ) yang lebih tinggi, kemampuan memecahkan masalah yang lebih baik. Kadar AA dan DHA di dalam plasma dan fosfolipid eritrosit juga lebih tinggi, tetapi penilaian fungsi kognitif kedua kelompok pada usia 2 tahun tidak menunjukkan perbedaan jika dibandingkan dengan bayi yang mengkonsumsi formula tanpa AA dan DHA.31 Peranan asam lemak esensial pada ketajaman penglihatan Sejumlah penelitian menilai efek suplementasi asam lemak esensial terhadap fungsi penglihatan. Bayi cukup bulan cenderung tergantung akan DHA untuk pematangan fungsi optimal dari retina.3 Peran omega-3 bagi perkembangan ketajaman penglihatan adalah pada tingginya konsentrasi DHA dalam selaput fotoreseptor retina dan neuron yang merupakan indikasi pentingnya DHA dalam fungsi membran, termasuk transduksi
sinyal, neurotransmisi, dan neurogenesis. Dengan sifat ketidakjenuhannya yang tinggi, DHA juga dapat mempengaruhi fluiditas membran retina, ketebalan membran dan deformabilitas sehingga juga akan mempengaruhi aktivitas protein transmembran. Fosfolipid yang mengandung DHA memiliki hubungan yang kuat dengan rodopsin, yaitu fotopigmen yang penting untuk proses transduksi 24,25 Penelitian pada bayi cukup bulan menunjukkan bahwa kadar omega-3 yang rendah pada awal kehidupan berakibat pada berkurangnya ketajaman penglihatan dan ketidakmampuan mengenal huruf pada masa anak.32 Kadar asam lemak esensial yang cukup pada waktu bayi menyebabkan perubahan permanen pada struktur dan fungsi retina dengan mempengaruhi proses pembentukan sinaps selama periode penting dari perkembangan, kecukupan asam lemak esensial pada masa ini memiliki efek jangka panjang pada ketajaman penglihatan.33 Penelitian uji klinis tersamar ganda (RCT) yang dilakukan di 2 kota yaitu kota Dallas dan Kansas pada 343 bayi yang lahir sehat dan cukup bulan, yang di bagi 4 kelompok secara acak yaitu kelompok kontrol (0% DHA), 0.32% DHA, 0.64% DHA dan 0.96% DHA, dimana formula dengan DHA diberikan 0.64% AA. Kelompok kontrol memiliki ketajaman penglihatan yg lebih buruk dibandingkan dengan kelompok yang menerima formula DHA (P <0.001) pada usia 12 bulan, namun tidak ada perbedaan bermakna diantara 3 kelompok DHA yang berbeda.24 RINGKASAN Asam lemak esensial dibutuhkan untuk perkembangan sel otak dan ketajaman penglihatan. Ada 2 jenis asam lemak esensial yaitu asam lemak omega-3 dan omega-6, dimana keseimbangan antara keduanya sangat penting. Defisiensi asam lemak esensial pada periode kritis dapat berpengaruh terhadap perkembangan anak dikemudian hari. Beberapa penelitian telah membuktikan pentingnya peranan asam lemak esensial pada masa penting perkembangan otak dan ketajaman penglihatan pada anak. DAFTAR PUSTAKA 1. Hadders, Algra M. Effect of long-chain polyunsaturated fatty acid supplementation on neurodevelopmental outcome in full-term infants. Nutrients. 2010;2:790-804. 2. Simopoulos AP. Evolutionary aspects of diet: the omega6/omega-3 ratio and the brain. Mol Neurobiol. 2010;10:81627. 3. Uauy R, Dangour AD. Nutrition in brain development and aging: role of essential fatty acids. Nutr Rev. 2006;64:2433. 4. Wainwright PE. Dietary essential fatty acids and brain function: a developmental perspective on mechanisms. Proceedings of the Nutrition Society. 2002;61:61–9. 5. Leat SJ, Yadav NK, Irving EL. Development of visual acuity and contrast sensitivity in children. J Optom. 2009;2:19- 26. 6. Bremond-Gignac D, Copin H, Lapillone A, Milazzo S. Visual
The Journal of Medical School, University of Sumatera Utara |
180
Nelly Simarmata dkk
7. 8. 9. 10.
11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
18.
19.
Peranan asam lemak esensial terhadap perkembangan otak dan ketajaman penglihatan
development in infants: physiological and pathological mechanisms. Curr Opin Ophthalmol. 2011;22:1-8. Chang C, Ke D, Chen J. Essential fatty acids and human brain. Acta Neurol Taiwan. 2009;18:231-41. Yehuda S. Omega-6/omega-3 ratio and brain-related functions. World Rev Nutr Diet. 2003;92:37-56. Wilczynska-Kwiatek A, Singh RB, Meester FD. Nutrition and behavior: The role of •3 fatty acids. The Open Nutraceuticals Journal. 2009;2:1-10. Williams CL, Deckelbaum R. Macronutrient requirements for growth: fat and fatty acids. In: Walker WA, Watkins JB, editors. Nutrition in pediatrics basic science and clinical applications. 3rd ed. London: BC Decker; 2003. p. 52-66. Smolin LA, Grosvenor MB. Nutrition science and applications. Philadelphia: Saunders College Publishing; 1994. p. 130-65. Sardesai VM. Introduction to clinical nutrition. 2nd ed. New York: Marcel Dekker; 2003. p. 53-68. Innis SM. Dietary omega 3 fatty acids and the developing brain. Brain Reseach. 2008; 1237:35-9. Fats and fatty acids in human nutrition report of an expert consultation. Roma: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2010. p. 9-36. Bradbury J. Docosahexaenoic Acid (DHA): an ancient nutrient for the modern human brain. Nutrients. 2011;3:52954. Kleinman RE. Pediatric nutrition handbook. United States of America: American Academy of Pediatrics; 2009. p. 357- 67. Schuchardt JP, Huss M, Stauss GM, Hahn A. Significance of long-chain polyunsaturated fatty acids (PUFAs) for the development and behavior of children. Eur J Pediatr. 2010;169:149-64. Linder MC. Nutrition and metabolism of fats. In: Linder MC, editor. Nutritional biochemistry and metabolism with clinical application. 2nd ed. United States of America: Prentice-Hall International; 1991. p. 51-85. Koletzko BV, Innis SM. Lipids. In: Tsang RC, Uauy R, Koletzko B, Zlotkin SH, editors. Nutrition of the preterm infant. 2nd ed. Ohio: Digital Educational Publishing; 2005. p. 97-139.
20. Katz DL, Friedman, Rachel SC. Clinically relevant fat metabolism. In: Katz DL, editor. Nutrition in clinical practice. 2nd ed. Lippincott William & Wilkins; 2008. p. 13-20. 21. Arterburn LM, Hall EB, Oken H. Distribution, interconversion, and dose response of n_3 fatty acids in humans. AJCN. 2006;83:1467–76. 22. Jensen CL. Effects of n-3 fatty acids during pregnancy and lactation. AJCN. 2006;83:1452-7. 23. Lucas A. Long-chain polyunsaturated fatty acids, infant feeding and cognitive development. London: Academic Press Limited; 1997. p. 3-25. 24. Birch EE, Carlson SE, Hoffman DR, Fitzgerald KM, Fu VLN, Drover JR. The DIAMOND (DHA intake and measurement of neural development) study: a double-masked, randomized controlled clinical trial of the maturation of infant visual acuity as a function of the dietary level of docosahexaenoic acid. AJCN. 2010;10:1-12. 25. Connor WE. Importance of n-3 fatty acids in health and disease. AJCN. 2000;71:171-5. 26. Lee D. Essential fatty acids. Woodland Publishing Inc; 1997. p. 5-29. 27. Building blocks, building brains. [Online]. 2012 [Cited 2012 May]; Available from: URL:http://withthebraininmind.org 28. Bobula KA. Brain development. [Online]. 2012 [Cited 2012 May]; Available from: URL: http:// www.developingbrains.org 29. Erny, Suharso D. Upaya untuk meningkatkan perkembangan otak anak. [Online]. 2012 [Cited 2012 Mar]; Available from: http://www.pediatrik.com/pkb/20060220-rle3yn-pkb.pdf 30. Innis SM. Dietary (n-3) fatty acids and brain development. J. Nutr. 2007;137:855–9. 31. Uauy R, Mena P, Rojas C. Essential fatty acids in early life: structural and functional role. Proceedings of the Nutrition Society. 2000;59:3–15. 32. Smithers LG, Gibson RA, McPhee A, Makrides M. Higher dose of docosahexaenoic acid in the neonatal periodimproves visual acuity of preterm infants: results of a randomized controlled trial. AJCN. 2008;88:1049–56. 33. Birch EE, Castaneda YS, Wheaton DH, Birch DG, Uauy RD, Hoffman DR. Visual maturation of term infants fed long-chain polyunsaturated fatty acid–supplemented or control formula for 12 month. AJCN. 2005;81:871–9.
181 | Majalah Kedokteran Nusantara ' Volume 45 ' No.3 ' Desember 2012
