Metabolisme & Nutrisi — Anatomi & Fisiologi

Fig 24.2 — Struktur Molekul ATP

1 ATP — Mata Uang Energi Sel

ATP (adenosin trifosfat) terdiri dari adenosin + 3 gugus fosfat. Hidrolisis ATP → ADP + Pᵢ melepas ~7.3 kkal/mol. Setiap sel mensintesis dan menggunakan ribuan ATP per detik.

Jalur Anaerob

Glikolisis (2 ATP/glukosa), cepat tapi tidak efisien. Laktat terbentuk. Penting saat olahraga intensitas tinggi/hipoksia.

Jalur Aerob

Siklus Krebs + ETC: ~30-32 ATP/glukosa. Butuh O₂. Mitokondria. Lebih efisien untuk fungsi normal.

Fig 24.3 — Sumber ATP dari Berbagai Substrat

2 Substrat Energi & Prioritas

Substrat	ATP/mol	Kondisi Dominan
Glukosa (aerob)	~30-32	Post-prandial, normal
Glukosa (anaerob)	2	Olahraga intens, hipoksia
Asam lemak (C16)	~106	Puasa, endurance, DM
Keton	~22-24	Puasa lama, DKA, ketodiet
Asam amino (rata²)	~20	Puasa panjang, katabolik

Respiratory Quotient (RQ): CO₂ diproduksi / O₂ dikonsumsi. KH = 1.0, Lemak = 0.7, Protein = 0.8. Pada pasien ICU dengan overfeeding KH: RQ >1.0 → CO₂ ↑ → sulit weaning ventilator.

Fig 24.5 — Glikolisis Overview

1 Glikolisis

Lokasi: Sitoplasma (tidak butuh mitokondria).
Input: 1 glukosa + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Pᵢ
Output: 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H₂O

Dua fase: investasi energi (2 ATP digunakan) + pengembalian energi (4 ATP dihasilkan) = net 2 ATP.

Regulasi glikolisis: Diaktifkan insulin & AMP tinggi. Dihambat glukagon, ATP tinggi, sitrat. Enzim kunci: heksokinase, PFK-1, piruvat kinase.

Fig 24.7 — Siklus Krebs (TCA Cycle)

2 Siklus Krebs & ETC

Lokasi: Matriks mitokondria.
Per siklus (dari 1 asetil-CoA): 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP, 2 CO₂.
NADH & FADH₂ masuk rantai transport elektron (ETC) → gradient H⁺ → ATP synthase → 26-28 ATP.

Total dari 1 glukosa = ~30-32 ATP.

Keracunan sianida/CO: Menghambat kompleks IV ETC → sel tidak bisa gunakan O₂ → asidosis laktat berat meski PaO₂ normal. Tx: hidroksikobalamin (CN⁻), O₂ 100% (CO).

3 Regulasi Glukosa Darah

Insulin (sel β pankreas)

Sekresi oleh ↑ glukosa darah & GLP-1. Efek: ↑ uptake glukosa (GLUT4 otot & lemak), glikogenesis, lipogenesis, sintesis protein. ↓ glikogenolisis & glukoneogenesis. Target glukosa ICU: 140-180 mg/dL.

Glukagon (sel α pankreas)

Sekresi oleh ↓ glukosa & hipoglikemia. Efek: ↑ glikogenolisis hati, ↑ glukoneogenesis, ↑ lipolisis. Counter-regulatory hormone bersama kortisol, epinefrin (stres → hiperglikemia pada sepsis/trauma).

💡 Glukoneogenesis — relevan pada puasa & DM

Sintesis glukosa baru dari piruvat, laktat (siklus Cori), gliserol, alanin. Berlangsung di hati & korteks ginjal. Diaktifkan glukagon & kortisol. Pada DM tipe 2: glukoneogenesis hepatik tidak tersupresi oleh insulin → kontribusi hiperglikemia puasa. Metformin: inhibisi glukoneogenesis.

Fig 24.12 — Chylomicrons Transport Lipid

1 Absorpsi & Transpor Lemak

Lemak diet → emulsifikasi empedu → lipase pankreas → asam lemak + monogliserida → absorpsi di vili → reassembly trigliserida → kilomikron → limfatik → duktus torasikus → sirkulasi sistemik.

Lipoprotein: VLDL (hati → jaringan), LDL (kaya kolesterol), HDL (reverse cholesterol transport).

Statin: inhibisi HMG-CoA reduktase → ↓ sintesis kolesterol hati → ↑ LDL reseptor → ↓ LDL plasma. Monitor: CK (miopati), LFT (hepatotoksisitas).

Fig 24.13 — Fatty Acid Oxidation (Beta-oksidasi)

2 Beta-oksidasi & Ketogenesis

Beta-oksidasi: asam lemak dipotong 2C sekaligus → asetil-CoA → masuk siklus Krebs. Asam palmitat (C16) → 7 siklus → 8 asetil-CoA → ~106 ATP.

Ketogenesis: saat asetil-CoA berlebih (puasa, DM) + oksaloasetat habis → asetoasetat, β-hidroksibutirat, aseton. Keton = bahan bakar otak saat hipoglikemia.

DKA (Diabetic Ketoacidosis): Defisiensi insulin → lipolisis tidak terkontrol → overproduction keton → asidosis metabolik AG tinggi. Trias: hiperglikemia, ketonemia, asidosis. Tx: insulin, cairan, K⁺.

Fig 24.18 — Siklus Urea (Ornithin Cycle)

1 Katabolisme Asam Amino & Siklus Urea

Asam amino dikatabolisme via transaminasi (pindah gugus NH₂ ke alfa-ketoglutarat → glutamat) lalu deaminasi oksidatif → NH₄⁺ (toksik).

NH₄⁺ + CO₂ → siklus urea (hati) → urea (tidak toksik) → ekskresi ginjal.

Pada gagal hati: siklus urea terganggu → hiperamonemia → ensefalopati hepatik.

BUN (Blood Urea Nitrogen) normal: 7-20 mg/dL. Meningkat pada: dehidrasi, GI bleeding (protein load), CKD. BUN/Kreatinin >20: pre-renal AKI atau GI bleeding.

Fig 24.20 — Jalur Katabolik & Anabolik Terintegrasi

2 Keseimbangan Nitrogen

Nitrogen Balance

N in (protein diet) - N out (urin, feses, kulit). Positif: pertumbuhan, penyembuhan, kehamilan. Negatif: malnutrisi, sepsis, trauma, luka bakar — katabolisme otot berlebih.

Cachexia vs Sarcopenia: Cachexia = katabolisme aktif (inflamasi + ↓ massa otot + anoreksia, sering pada kanker, CHF, COPD). Sarcopenia = kehilangan massa otot terkait usia tanpa inflamasi dominan.

Fig 24.23 — Hipotalamus Mengontrol Termoregulasi

1 Termoregulasi

Set point normal: 37°C (98.6°F). Hipotalamus = termostat. Respons terhadap panas: vasodilatasi perifer, berkeringat, ↓ produksi panas. Respons terhadap dingin: vasokonstriksi, menggigil (thermogenesis), ↑ metabolisme basal.

Demam vs Hipertermia

Demam: set point naik (pirogen → PGE2) — tubuh aktif berusaha panas. Hipertermia: set point normal tapi mekanisme pendinginan gagal (heat stroke, malignant hyperthermia). Tx berbeda: antipiretik untuk demam, pendinginan aktif untuk hipertermia.

2 Produksi & Kehilangan Panas

Mekanisme	%	Klinisnya
Radiasi	~60%	Panas ke sekitar tanpa kontak. ↑ pada demam tinggi
Konduksi/Konveksi	~15%	Kontak langsung atau aliran udara. Cooling blanket
Evaporasi (keringat)	~22%	0.6 kkal per mL keringat. Gangguan pada heat stroke
Pernafasan	~8%	Meningkat pada tachypnea/hiperventilasi

Malignant Hyperthermia (MH): reaksi fatal terhadap agen anestesi volatil/suksinilkolin. Mutasi reseptor ryanodine → Ca²⁺ intrasel tak terkontrol → kontraksi otot massif → hipertermia >40°C + asidosis + rhabdomiolisis. Tx: dantrolen (inhibisi Ca²⁺ release).

1 Kebutuhan Energi & Nutrisi ICU

Estimasi Kebutuhan Kalori

Rumus sederhana: 25-30 kkal/kgBB/hari (ICU). Harris-Benedict: lebih akurat (mempertimbangkan jenis kelamin, usia, TB). REE (Indirect calorimetry): gold standard. Overfeeding: hiperglikemia, ↑ CO₂, fatty liver.

Makronutrien ICU

Protein: 1.2-2 g/kgBB/hari (↑ pada luka bakar, ARDS).
KH: 50-60% kalori total, glukosa IV max 4-5 mg/kg/menit.
Lemak: 20-35% kalori, 1-1.5 g/kg/hari.

Enteral vs Parenteral

Enteral (NGT/PEG): preferensi utama — menjaga integritas usus, murah, menurunkan translokasi bakteri, imunologi lebih baik. Mulai dalam 24-48 jam pada ICU.

TPN (Total Parenteral Nutrition): bila enteral tidak mungkin (>7 hari). Risiko: infeksi CVC, kolestasis, atrofi vili usus, hiperglikemia.

Vitamin/Mineral	Defisiensi	Relevan Klinis
Vitamin B1 (Tiamin)	Wernicke-Korsakoff, wet beriberi	Wajib sebelum dextrose pada alkoholik/malnutrisi berat
Vitamin C	Skurvi, penyembuhan luka buruk	Suplementasi pada luka bakar, sepsis (antioksidan)
Zinc	Gangguan penyembuhan, imunitas ↓	Suplementasi luka bakar, enteropati
Magnesium	Aritmia, kejang, hipokalemia refraktori	Cek Mg sebelum koreksi K⁺ — hipoK refraktori tanpa koreksi Mg
Fosfor	Refeeding syndrome	Cek PO₄ sebelum mulai nutrisi agresif pada malnutrisi berat

⚠ Refeeding Syndrome

Pemberian nutrisi agresif pada malnutrisi berat → insulin ↑ → glukosa, K⁺, Mg²⁺, PO₄³⁻ masuk sel → hipofosfatemia berat (+ hipokalemia, hipomagnesemia) → aritmia, gagal nafas, gagal jantung, kejang. Pencegahan: mulai lambat (10 kkal/kg/hari), pantau elektrolit ketat 3-5 hari pertama.

📖 Atlas Visual OpenStax

Galeri Metabolisme & Nutrisi Klinis

Ilustrasi dari OpenStax Anatomy & Physiology 2e — visualisasi jalur metabolisme energi, glikolisis, siklus Krebs, metabolisme lemak dan protein, serta termoregulasi untuk praktik keperawatan klinis.

Fig 24.3

Sumber-Sumber ATP dalam Metabolisme

Protein dipecah menjadi asam amino, lemak menjadi asam lemak, dan karbohidrat menjadi glukosa — semua bermuara pada produksi ATP melalui jalur katabolisme. ATP adalah 'mata uang energi' sel; tanpa ATP yang cukup, kontraksi otot, transpor aktif, dan sintesis protein berhenti.

Fig 24.5

Glikolisis — Fase Investasi & Perolehan Energi

Glikolisis mengubah 1 glukosa menjadi 2 piruvat: fase investasi mengonsumsi 2 ATP, fase perolehan menghasilkan 4 ATP + 2 NADH — hasil neto 2 ATP. Proses ini berlangsung di sitoplasma tanpa oksigen. Penting secara klinis: pada hipoksia jaringan, glikolisis anaerob adalah satu-satunya sumber ATP.

Fig 24.6

Fermentasi Asam Laktat vs Metabolisme Aerob

Tanpa oksigen, piruvat diubah menjadi laktat (fermentasi), meregenerasi NAD⁺ agar glikolisis tetap berjalan. Akumulasi laktat menyebabkan asidosis laktat — komplikasi serius pada syok, sepsis, atau overdosis metformin. Kadar laktat darah > 2 mmol/L adalah penanda hipoperfusi jaringan.

Fig 24.7

Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)

Setiap piruvat diubah menjadi asetil-CoA dan masuk siklus Krebs di mitokondria, menghasilkan 3 NADH, 1 FADH₂, dan 1 GTP per putaran. Siklus Krebs adalah 'hub' metabolisme — asam amino, asam lemak, dan glukosa semua dapat masuk dan keluar melalui siklus ini.

Fig 24.9

Gambaran Menyeluruh Metabolisme Karbohidrat

Glikolisis → siklus Krebs → rantai transpor elektron (ETC) menghasilkan total ~30–32 ATP per molekul glukosa. ETC di membran mitokondria menggunakan O₂ sebagai akseptor elektron akhir. Sianida menghambat ETC → sel tidak bisa menggunakan O₂ → asidosis laktat berat dan kematian.

Fig 24.10

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis mensintesis glukosa baru dari piruvat, laktat, gliserol, alanin, atau glutamat — terutama di hati saat puasa atau stres. Kortisol meningkatkan glukoneogenesis; insulin menghambatnya. Pasien DM tipe 2 mengalami glukoneogenesis hepatik yang tidak terkontrol meskipun glukosa darah sudah tinggi.

Fig 24.13

Oksidasi Beta Asam Lemak

Trigliserida dipecah menjadi gliserol + asam lemak; asam lemak memasuki mitokondria via karnitin dan menjalani beta-oksidasi menghasilkan asetil-CoA. Asam palmitat (C16) menghasilkan 129 ATP — jauh lebih efisien dari glukosa. Defisiensi karnitin menyebabkan kelemahan otot dan hipoglikemia.

Fig 24.16

Jalur Metabolisme Lipid

Lipid dapat dioksidasi untuk energi, disintesis ulang menjadi trigliserida (lipogenesis), atau diubah menjadi benda keton (ketogenesis). Pada DKA (ketoasidosis diabetik), defisiensi insulin menyebabkan lipolisis masif → overproduction benda keton → asidosis metabolik berat dengan pH < 7,3.

Fig 24.18

Siklus Urea — Pembuangan Nitrogen

Asam amino mengalami transaminasi melepas gugus amino (NH₃) yang toksik, lalu diproses di hati menjadi urea untuk diekskresikan ginjal. Pada gagal hati, siklus urea terganggu → amonia menumpuk → ensefalopati hepatik. Diet protein rendah dan laktulosa digunakan untuk mengurangi produksi amonia.

Fig 24.19

Asam Amino sebagai Sumber Energi

Asam amino dapat memasuki glikolisis atau siklus Krebs melalui beragam jalur — misalnya alanin → piruvat, glutamat → α-ketoglutarat. Pada kelaparan berkepanjangan atau katabolisme otot (cachexia), protein otot dipecah untuk glukoneogenesis, menyebabkan wasting dan kelemahan otot progresif.

Fig 24.20

Jalur Anabolik & Katabolik Terintegrasi

Nutrisi mengikuti jalur kompleks dari ingesti → anabolisme (sintesis) dan katabolisme (pemecahan). Keseimbangan antara keduanya diatur oleh hormon: insulin mendorong anabolisme, glukagon dan kortisol mendorong katabolisme. Gangguan keseimbangan ini mendasari DM, obesitas, dan sindrom metabolik.

Fig 24.21

Keadaan Absorptif (Setelah Makan)

Setelah makan, insulin tinggi mendorong: penyimpanan glikogen di hati & otot, lipogenesis di adiposa, dan sintesis protein. Glukosa darah dipertahankan < 140 mg/dL. Resistensi insulin (DM tipe 2) menyebabkan hiperinsulimenia kompensatoris namun glukosa tetap tinggi — ciri khas sindrom metabolik.

Fig 24.22

Keadaan Postabsorptif (Puasa)

Saat puasa, glukagon dan epinefrin memobilisasi cadangan: glikogenolisis hati → glukosa darah, lipolisis → asam lemak bebas, glukoneogenesis untuk mempertahankan glukemia. Pasien DM tipe 1 yang tidak menyuntik insulin saat puasa akan mengalami ketoasidosis karena lipolisis tak terkendali.

Fig 24.23

Hipotalamus & Termoregulasi

Hipotalamus adalah 'termostat' tubuh yang mempertahankan suhu inti ~37°C. Hipertermia maligna (komplikasi anestesi inhalasi) menyebabkan kontraksi otot tak terkontrol dan suhu > 40°C — darurat medis yang ditangani dengan dantrolen. Demam (pirogen → PGE₂ di hipotalamus) meningkatkan set-point untuk melawan infeksi.