Sabtu, 26 November 2011

KESEIMBANGAN ENERGI DAN REGULASI BERAT BADAN


POIN UTAMA
Hukum termodinamika menyatakan bahwa makanan asupan energi relatif terhadap pengeluaran energi akan mengarah ke penyimpanan energi (akumulasi lemak). Sebaliknya, defisit asupan energi relatif terhadap pengeluaran akan mengakibatkan hilangnya energi tubuh  dan penurunan berat badan.
Tetapi regulasi berat badan tidak sederhana. Ketika individu menjalani diet penurunan berat badan, sering terjadi kegagalan kehilangan jumlah berat sesusai dengan prediksi karena hanya mempertimbangkan mengurangi jumlah kalori yang dikonsumsi. Pada kenyataannya, keseimbangan energi paling baik dijelaskan dengan menggunakan persamaan dinamis yang menjelaskan  perubahan pada salah satu sisi "energi dalam atau energi keluar" menghasilkan skala metabolik kompensasi dan atau perubahan perilaku di sisi lain. Misalnya, ketika orang mulai pembatasan diet, tingkat metabolisme sering menurun sehingga berat badan kurang dari yang diharapkan.
Fakta menunjukkan bahwa fisiologi manusia ditetapkan untuk meminimalkan konsekuensi negatif yang potensial dari asupan energi yang rendah lebih baik dari pada konsekuensi negatif dari kelebihan kalori. Hal ini ditandai dengan kecenderungan penambahan berat badan ketika orang makan terlalu banyak dan beraktivitas fisik minimal.
Dua pilar yang efektif dalam pendekatan jangka panjang untuk pengaturan berat badan adalah diet sehat dan aktivitas fisik rutin. Crash diet sering kali tidak tepat karena meminta penyesuaian metabolik (penurunan pengeluaran energi beristirahat, tingkat kejenuhan dan peningkatan hormon-hormon lapar) yang menentang upaya-upaya menuju penurunan berat badan secara permanen. Latihan rutin tetap menjadi prediktor utama jangka panjang dalam pemeliharaan penurunan berat badan.
PENDAHULUAN
Sejumlah rekomendasi yang didirikan oleh berbagai organisasi kesehatan untuk memperbaiki diet dan meningkatkan aktivitas fisik, prevalensi obesitas telah meningkat secara dramatis di Amerika Serikat selama dua dekade. Kegemukan di Amerika telah melahirkan satu miliar dolar industri penurunan berat badan, dengan iklan dari buku-buku diet, program latihan, dan suplemen menawarkan solusi cepat untuk meningkatkan metabolisme dan meluruhkan lemak. Menyatakan kebingungan, informasi yang keliru, dan mengejar  ‘peluru ajaib’ yang mencirikan industri penurunan berat badan di AS, hal ini terutama penting bagi para profesional kesehatan dan regulasi prinsip-prinsip ilmiah berat badan.  Review singkat prinsip bioenergetik akan memberikan dasar untuk memahami banyak masalah regulasi  berat badan.

Konsep Dasar dalam Bioenergenetika
Pada manusia, energi dibutuhkan untuk melakukan pekerjaan biologis seperti kontraksi otot, biosintesis glikogen dan protein, transpor ion dan molekul againts gradien konsentrasi, dll. Energi utama "mata uang" yang diperlukan untuk pekerjaan seperti itu ditemukan dalam ikatan kimia dari molekul ATP. Energi ini dilepaskan pada pemecahan ATP menjadi ADP dan Pi. Sebagian besar dari kita sehari-hari syarat ATP dipenuhi oleh sintesis ATP dari ADP dan Pi di mitokondria sel, dengan energi yang diperlukan untuk proses ini disediakan secara tidak langsung oleh oksidasi makronutrients (karbohidrat, lemak, dan protein). Gambar 1 menunjukkan bahwa ketika molekul glukosa mengalami oksidasi untuk CO2 dan H2O, energi menyediakan sintesis ATP. Energi yang dilepaskan oleh pemecahan ATP kemudian digunakan untuk kerja biologis. Perhatikan bahwa hanya sebagian energi yang dilepaskan dari oksidasi glukosa dikonversi dalam molekul ATP baru disintesis. Pada kenyataannya, lebih dari setengah dari energi yang terkandung dalam molekul glukosa hilang sebagai panas, sebuah fenomena yang digambarkan oleh hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa reaksi kimia selalu kurang dari sempurna efisien. Jika proporsi energi dari glukosa kekal sebagai ATP adalah untuk penurunan dan peningkatan produksi panas, proses akan kekurangan efisiensi energi dari biasanya.








Gambar 1. Proses Pembetukan Energi
Kalorimetri
Determinasi dari energi yang tersimpan dalam makanan didasarkan pada pembakaran dalam kalori meter bom. Tidak ada energi yang ditangkap sebagai ATP, tetapi keseluruhan diubah menjadi panas. Oleh karena itu digunakan kilokalori (satuan energi panas) untuk mengukur energi yang tersimpan dalam makanan. Data yang diperoleh dari kalorimeter bom digunakan untuk mengetahui seberapa efektif kemampuan tubuh secara aktual dalam menggunakan masing-masing dari makronutrien yang menyediakan nilai energi 4 kkal/g untuk karbohidrat dan protein, sedangkan untuk lemak 9 kkal/g. Alkohol (etanol) menyediakan 7 kkal/g.
Persamaan Keseimbangan Energi
            Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari satu bentuk ke benttuk yang lain. Karena energi yang diserap dan dikeluarkan harus dihitung maka hukum ini menyediakan dasar bagi persamaan keseimbangan energi. Secara sederhana, kelebihan intik energi relatif terhadap jumlah yang dikeluarkan akan disimpan dalam tubuh, sebaliknya kekurangan intik energi relatif akan menyebabkan kehilangan cadangan energi dalam tubuh.
            Faktor-faktor yang mempengaruhi intik dan pengeluaran energi sangat banyak dan kompleks pada proses intik, hipotalamus terintegrasi dengan sinyal penghubung gastrointestinal, sinyal dipancarkan dari proses metabolisme makronutrien (yang utamanya diatur oleh hati). Sinyal kimia dari sistem syaraf pusat dan tepi yang merupakan anabolik maupun katabolik untuk mengelola keadaan biologis untuk makan atau tidak. Sinyal biologis dikoordinasikan dengan faktor-faktor psikososial (budaya), faktor perilaku (konsumsi makanan ringan saat menonton tv) dan faktor lingkungan (takaran saji, kualitas sensori makanan). Dapat dinyatakan bahwa perilaku tidak menambah atau mengurangi keinginan biologis untuk makan, tetapi lebih terkait dengan integrasi kompleks dari berbagai faktor internal dan eksternal.
            Persamaan keseimbangan energi sering kali digunakan dalam konseling penurunan berat badan untuk memprediksi besarnya kehilangan lemak tubuh sebagai respon untuk mengurangi intik energi dan atau meningkatkan pengeluaran energi dari aktivitas fisik. Misal, individu yang overweight sebaiknya disarankan untuk mengurangi 500 kkal/hari denagn mengurangi intik makanan tertentu dalam diet. Dengan demikian dalam seminggu akan 3500 kkal yang senilai  dengan 1 pound lemak sehingga dalam 1 tahun kehilangan lemak tubuh total akan mencapai 50 pound. Akan tetapi prediksi tersebut terlalu lemah, terlampau sederhana, dan tidak mempertimbangkan tubuh sebagai suatu sistem yang dinamis, kemampuan metabolik yang kuat dan penyesuaian perilaku pada pengeluaran energi sebagai respon terhadap perubahan intik energi.
Kontradiksi Nyata Terhadap Hukum Termodinamika
            Ada banyak anekdot dan bahkan temuan ilmiah pada manusia yang bertentangan dengan penggunaan persamaan keseimbangan energi pada umumnya. Banyak sudi yang menyebutkan kehilangan berat pada sukarelawan ditandai dengan penurunan yang lebih kecil dibandingkan dengan prediksi. Sebaliknya, Bouchard (1990) memberikan makan kepada kembar identik 1000 kkal di atas kebutuhan energi hariannya selama 84 hari. Persamaan keseimbangan energinya memprediksikan kenaikan sebesar 24 pound pada masing-masing subjek. Namun, rata-rata kenaikan berat badan hanya mencapai 17.8 pound. Dari 12 pasangan kembar terdapat 3x lipat kenaikan berat badan pada beberapa subjek. Levin (1999) juga memberi makan individu dengan 1000 kkal di atas kebutuhan hariannya selama 8 minggu dan menemukan lebih dari 10x lipat perbedaan kenaikan berat badan di antara sukarelawan. Berdasarkan 2 penelitian ini, dapat dilihat bahwa kemampuan individu dalam merespon perubahan intik energi bervariasi.
Penjelasan-Penjelasan Mengenai Hal-Hal Nyata yang Bertentangan dengan Hukum Termodinamika
Pengukuran yang tepat untuk intik energi dan pengeluaran energi sulit dilakukan. Pengukuran konsumsi makanan yang dilakukan secara mandiri diketahui tidak akurat. Pada sebuah penelitian, Tremblay et al. (1991) digambarkan seorang pria berusia 45 tahun dengan berat badan 216 pound (98 kg) dengan 26% lemak tubuh dan tidak dapat mengurangi berat badannya, hanya mengkonsumsi 1900kkal/hari dalam kondisi normal. Namun, saat diteliti secara terpadu, energi yang dikeluarkan dalam 24 jam lebih besar dari 3000 kkal. Saat dia mengkonsumsi 1900 kkal dalam kondisi terkontrol selama 5 hari, keseimbangan energinya bernilai negative dalam angka yang lebih besar dari 1000 kkal per hari, deficit energi ini akan menghasilkan turunnya berat badan. Hal ini membuktikan ketidakakuratan pengukuran mandirinya. Untuk mendukung hasil penelitian ini, digunakan air yang diberi label untuk mengukur total penggunaan energi pada orang dewasa dan menemukan hal-hal yang tidak dilaporkan. Karena pengamatan penggunaan energi aktivitas bisa tidak  akurat, seseorang harus menterjemahkan estimasi energi balance dengan hati-hati.
Akan tetapi, walaupun nilai asupan dan pengeluaran energi bisa didapatkan secara tepat sejak awal diet rendah kalori, perhitungan yang umum yang digunakan untuk memperkirakan perubahan berat badan memiliki dua kesalahan yang mendasari asumsi: 1) seluruh berat yang hilang merupakan lemak; 2) perubahan intik energi tidak mempengaruhi pengeluaran energi. Keduanya salah. Pertama, saat diet penurunan berat badan berhasil mereduksi jaringan lemak tubuh, jaringan lain pun akan ikut hilang. Demikian juga, dengan mengurangi jumlah konsumsi, terjadi adaptasi untuk menurunkan pengeluaran energi untuk mempertahankan berat badan. Penurunan akan terjadi baik dalam pengeluaran energi maupun dalam dampak termal makanan. Efisiensi metabolisme akan menurun begitu pula dengan penurunan jumlah hormone termogenik. Karena intik energi menurun, lebih sedikit energi yang akan dibutuhkan untuk mencerna dan asimilasi zat gizi, dampak termal makanan pun akan jauh berkurang. Dalam jangka waktu lama, seiring dengan berkurangnya berat badan, pengeluaran energi pun akan menurun, energi yang dibutuhkan untuk bergerak pun akan menurun sehingga massa tubuh akan berkurang. Termogenesis aktivitas normal mungkin juga akan berkurang sebagai respon terhadap diet rendah kalori dan penurunan massa tubuh (Leibel et al., 1995). Terbukti bahwa prediksi penurunan berat badan yang hanya berdasarkan kepada pengurangan intik kalori sepertinya tidak benar. Walaupun disertai dengan pengetahuan mengenai dinamika system biologis, perbedaan metabolisme individu dalam merespon penurunan kalori menyulitkan akurasi prediksi jumlah berat badan yang akan berkurang dalam jangka panjang. Hal ini membawa kita kepada konsep efisiensi metabolisme.
Perubahan pada Efisiensi Metabolik.
Apapun dasar biologis dari perbedaan individual dalam penurunan atau penambahan berat badan, hukum termodinamika tetap berlaku. Jumlah kenaikan dan penurunan berat badan bergantung kepada jumlah energi yang dicerna. Efisiensi penyimpanan energi dalam merespon asupan makanan yang berlebihan ditentukan dengan membagi kelebihan simpanan energi dengan kelebihan energi yang dicerna. Sebagai contoh, Levine et al. (1999) member makan secara berlebihan kepada 24 responden selama 8 minggu dan menentukan keberadaan energi yang berlebih. Dari kelebihan 1000 kkal per hari, 432 kkal disimpan dalam tubuh (389kkal/hari  sebagai lemak, 43 kkal/hari sebagai jaringan bebas lemak). Efisiensi metabolisme sangat  bervariasi dengan rentang penyimpanan kurang dari 100 kkal (efisiensi rendah) sampai 700 kkal per hari (efisiensi tinggi). Dalam penelitian ini, resistensi terhadap penambahan lemak menghasilkan peningkatan aktivitas termogenesis, dengan kontribusi yang lebih kecil dari peningkatan pengeluaran energi dan dampak termal makanan.
Pada lingkungan yang memiliki makanan yang berlimpah, gaya hidup sedenter, resiko obesitas yang tinggi dan berbagai dampak negatifnya, efisiensi metabolisme yang rendah akan berdampak baik untuk membatasi kenaikan berat tubuh. Pada penelitian terhadap sepasang orang kembar, Bouchard et al (1990) menemukan indeks kenaikan berat badan pada pasangan kembar lebih kecil. Hal ini menunjukkan bahwa faktor genetis berperan penting dalam respons intik makanan berlebih. Faktor biologis yang berperan pada efisiensi metabolisme sangat  kompleks dan sulit dimengerti. Faktor-faktor tersebut diantaranya perbedaan termogenesis, hormon termogenik, insulin, katekolamin dan perubahan metabolisme energi yang mengakibatkan sebagian besar energi hilang sebagai panas.
Peningkatan efisiensi metabolisme yang disebabkan oleh restriksi energi akan mengurangi penurunan berat badan dan juga memungkinkan kembalinya berat badan yang hilang. Dengan diet yang mengurangi defisit energi, inefisiensi metabolisme akan berdampak positif bagi individu yang obesitas yang mencoba untuk mengurangi penyimpanan lemak tubuh. Penurunan berat badan akan lebih besar pada orang dengan efisiensi metabolisme yang lebih kecil.
Bias Metabolisme terhadap Penambahan Berat
Banyak perhatian yang langsung ditujukan ke arah hipotesis yang menyatakan bahwa sistem regulasi keseimbangan energi dalam tubuh manusia merupakan pendukung dalam penambahan berat badan (Schwartz et al 2003). Khususnya, ketika kecepatan sistem respon dan defisit energi, menghasilkan respon yang rendah terhadap kelebihan energi. Dalam praktek, hasil menunjukkan  penurunan sederhana yang pelan dalam efisiensi metabolisme dan penurunan nafsu makan dalam merespon kelebihan makan, tetapi sangat cepat dan menunjukkan peningkatan yang nyata dalam efisiensi metabolisme dan menstimulasi selera makan dalam merespon diet rendah kalori. Fisiologi manusia berfungsi untuk menjaga kehilangan berat badan dari pada penambahan berat badan, dalam kondisi yang menyimpang. Di dalam merespon diet rendah kalori, perubahan sinyal metabolisme mereduksi kehilangan energi (penurunan T3, leptin, dan insulin) dan menstimulasi untuk makan (peningkatan neuropeptida Y dan penurunan leptin). Perubahan metabolisme ini selanjutnya bergabung dengan penambahan kembali berat badan.
Efek Metabolisme dari Intik Makronutrien yang Dimodifikasi
Perubahan intik karbohidrat dan protein menghasilkan perubahan yang cepat dalam oksidasi karbohidrat dan asam amino yang dijalani untuk memelihara keseimbangan karbohidrat dan asam amino secara berturut-turut. Akan tetapi, perubahan dalam intik lemak menghasilkan perubahan yang kecil, dengan cara merubahnya dalam oksidasi lemak. Jadi dalam jangka pendek terdapat regulasi kecil untuk menjaga keseimbangan lemak (Flatt, 1995). Dengan demikian, perubahan berat badan diikuti dengan perubahan keseimbangan energi yang merupakan pengganggu utama dalam keseimbangan lemak, dengan catatan lebih dari ketidakseimbangan produksi dalam total energi. Karena keseimbangan karbohidrat dan protein harus dijaga dengan ketat, kelebihan energi dari diet harus membutuhkan akomodasi untuk perluasan persediaan lemak. Fakta menunjukkan, beberapa dari orang Amerika salah asumsi bahwa diet tinggi karbohidrat tidak memicu penambahan berat badan. Bagaimanapun, jika intik energi melebihi pengeluaran, sangatlah mungkin bahwa seorang individu dapat menjadi obesitas walaupun rendah lemak, diet tinggi karbohidrat tidak biasa dilakukan sebab karbohidrat digunakan untuk memproduksi lemak, tetapi kelebihan diet lemak akan disimpan kemudian dioksidasi, selanjutnya tubuh dengan cepat mengatur untuk oksidasi karbohirat saat energi dibutuhkan. Sebagai contoh, misalnya seorang individu dengan berat normal membutuhkan 2400 kkal untuk menjaga keseimbangan energi dengan konsumsi diet 50% energi dari karbohirat, 35% dari lemak, dan 15% dari protein. Keyakinan bahwa lemak adalah diet yang buruk dan karbohirat adalah kunci dari kesehatan, penurunan diet lemak dari seorang individu sangat menurunkan intik karbohirat, menghasilkan kelebihan energi relatif yang dikonsumsi (2600 kalori) terhadap pengeluaran (2400 kalori). Keseimbangan lemak positif (intik lemak melebihi oksidasi), bahkan dengan megurangi intik lemak (karena intik energi melebihi pengeluaran), dan penambahan berat badan melebihi walaupun intik lemak dikurangi. Keseimbangan lemak positif terjadi terutama karena kelebihan energi dari karbohidrat menekan oksidasi lemak, jadi dengan keseimbangan energi positif, banyak dari diet lemak yang disimpan dari pada dioksodasi.
Diet yang Populer dan Prinsip Bioenergetika
Makanan berlemak tinggi menaikkan jumlah energi karena kandungan energi (di perut) relatif tidak disadari. Fenomena ini disebut “passive overconsumption”. Ketika menggabungkan  pengamatan yang menyatakan bahwa lemak adalah makronutrien yang paling tidak menimbulkan kepuasan, dan juga yang terlemah dalam merangsang oksidasi, tidak mengejutkan bahwa diet lemak tinggi selalu berenergi tinggi dan mungkin mendorong kearah berat badan yang diinginkan. Selintas, sulit menyamakan bukti yang menunjukkan bahwa diet rendah karbohidrat menyebabkan kehilangan berat badan yang lebih besar dari pada diet konvensional, kalori dikurangi sepanjang  6 bulan pertama di diet (Brehm et al.,2003; Foster et al., 2003).
Bagaimanapun, berdasarkan prinsip  bioenergetika, seharusnya tidak mengherankan diet seperti itu bisa mengurangi berat badan, sekalipun diet tidak menaikan target pengurangan kalori. Sebagai contoh, asumsikani ada seseorang yang kelebihan berat badan dalam diet pada keseimbangan energi dan nutrisi makro adalah 2400 kkal, dengan 50% energi dari karbohidrat, 35% dari lemak,  dan 15% dari protein. Semenjak mengawali diet karbohidrat rendah, selain konsumsi protein dan lemak tidak terbatas pengurangan berat badan pada kakus ini disebabkan oleh tiga alasan. Pertama, lemak tidak ditambahkan ke karbohidrat yang jumlahnya konstan; terlebih, penurunan karbohidrat lebih besar dari penambahan kalori lemak, jadi diet sekarang rendah kalori. Kedua,  penurunan signifikan jumlah karbohidrat terjadi karena buah-buahan, sayuran, sereal, roti, pasta, kacang polong, pencuci mulut, permen, jus,  dan minuman bergula tidak dikonsumsi, jaddi energy intik turun menjadi atau bahkan di bawah 1600 kkal/hari-sementara sisa pengeluaran energi relatif tinggi. Akhirnya, meskipun jumlah lemak tinggi, keseimbangan lemak (oksidasi lemak negatif melebihi jumlah lemak) dalam keadaan rendah kalori.
Mengapa terdapat dua kali lipat kehilangan berat badan selama enam bulan pada diet rendah karbohidrat dibandingkan dengan diet konvensional adalah pertanyaan yang sulit dijawab. Sementara awalnya lebih besar kehilangan air karena deplesi glikogen pada kelompok karbohidrat rendah, hal ini tidak bisa menjelaskan semua kehilangan berat badan. Berbagai kemungkinan harus diuji untuk memecahkan asas bioenergetika. Pada sisi jumlah energi, mungkin ada pemakaian energi lebih rendah di diet rendah karbohidrat. Mengutip pemeriksaan pasien rawat jalan yang tidak berusaha diatur jumlah energi diantara kondisi dengan aturan makan. Jadi, jumlah energi di diet rendah karbohidrat  telah dikurangi karena disesuaikan dengan aturan makan, lebih besar kekenyangan karena lebih tinggi jumlah protein dan benda keton dalan darah yang lebih tinggi (hasil dari katabolisme lemak). Sementara ekskrasi badan  keton dalam urin pada diet rendah karbohidrat. mungkin berperan untuk menghilangkan energi metabolisme, hilangnya energi ini diperkirakan menjadi tidak penting untuk kebanyakan individu di diet rendah karbohidrat.

1 komentar: