NUTRITION, BRAIN, BEHAVIOR

Lailan Safina Nasution

Sistem Neuropsikiatri

PSPD FKK UMJ

2013

BEBERAPA ISSU PENTING

Hubungan antara nutrisi dan

perilaku???

Saat ini banyak beredar berbagai suplemen diet

yang mengaku dapat:

Meningkatkan kemampuan berpikir

Meningkatkan stamina

Memperbaiki sifat pelupa

Menghilangkan stress dan depresi

Menurunkan berat badan dengan memodifikasi

perilaku

Regulasi longgar karena dianggap sebagai makanan, bukan obat.

Di AS, pengawasan suplemen diet diregulasi oleh the Dietary Health and Education Act Suplemen diet tidak mewajibkan

produsen untuk mencantumkan bukti

keefektifan dan keamanan obat.

vs

Walaupun banyak dari produk-produk tersebut

terbukti invalid, tapi beberapa mungkin dapat

memang dapat meningkatkan fungsi mental.

Harus dapat dibuktikan secara ilmiah

EFEK MAKANAN TERHADAP

PERILAKU

Efek makanan terhadap perilaku umumnya

kurang dikenal, mengapa?

Beberapa jenis makanan yang berefek kuat

terhadap otak dicap negatif sebagai drugs

(opium, ganja) atau racun (tetradoxin, dari

ikan fugu)

Akhir-akhir ini, berbagai penelitian tentang efek makanan terhadap perilaku terutama difokuskan kepada 4 kelompok utama, yaitu

(1) makronutrien: protein, karbohidrat, lemak (2) mikronutrien: vitamin dan mineral (3) konstituen diet: kafein (4) Supplemen diet: - Ginkgo biloba - St. Johns Wort - melatonin

Beberapa makanan dapat mempengaruhi

performa otak dikarenakan oleh beberapa

faktor:

1. Langsung

2. Tidak langsung

Faktor Langsung:

kemudahan untuk dicerna (larut dalam lemak,

larut dalam air, kandungan serat)

Absorpsi

Transportasi , terutama dapat melewati sawar

darah-otak (BBB)

Beberapa substansi makanan dapat

melewati sawar darah otak, sehingga:

Mempengaruhi pelepasan neurotransmitter

Mempengaruhi ambilan (uptake) dari suatu reseptor spesifik

Bersifat agonis / antagonis terhadap suatu reseptor spesifik

Sehingga : dapat memodifikasi mood, ketajaman berfikir,

atau kecerdasan.

Bukan berhubungan dengan pertumbuhan dan perkembangan jaringan syaraf

Faktor Tidak Langsung:

1. Menghambat / meningkatkan transport

prekursor-prekursor dari neurotransmitter

tertentu untuk melewati sawar darah-otak.

Contoh:

Kompetisi antara valine dan triptofan dalam transportasinya ke

otak dimana jika kadar valine dalam diet tinggi dapat

menurunkan kadar triptofan yang ditransportasikan ke otak.

2. Status gizi (gizi kurang, gizi lebih)

Berpengaruh terhadap aktivitas yang optimal

dari suatu senyawa.

3. Waktu mengkonsumsi makanan

Beberapa hormon dan neurotransmitter

mempunyai waktu sirkadian atau pola

pelepasan tertentu.

Contoh: melatonin.

4. Frekuensi senyawa bioaktif tersebut harus

dikonsumsi, terutama jika zat tersebut

bekerja secara sentral dan harus melewati

sawar darah-otak, sehingga konsentrasinya

di sirkulasi harus dipertahankan pada kadar

tertentu untuk menjamin transportasi

yang efisien ke otak.

Hubungan antara malnutrisi dan

fungsi otak

Nutrisi memegang peranan sangat penting

dalam proses perkembangan SSP dan fungsi

mental yang optimal.

Malnutrisi (gizi kurang / gizi lebih)

berdampak terhadap perubahan biokimia

bahkan anatomi dari otak

gangguan fungsi: sensoris, persepsi,

motorik, kecerdasan, kesadaran, emosi,

kemampuan belajar dan daya ingat.

Keparahan bergantung kepada :

Intensitas Lama terjadinya Waktu terjadinya Sampai sejauh mana berdampak terhadap aspek

neuroanatomi, biokimia, dan elektrofisiologi otak Jika malnutrisi terjadi pada saat brain growth

spurt : terjadi gangguan neurogenesis, gliogenesis, dan migrasi sel dengan kecepatan paling tinggi di jaringan syaraf

Pertumbuhan Otak:

Periode penting: trimester ke-3 kehamilan s/ 2 tahun

Terjadi akumulasi asam lemak n-3 dan n-6 pada struktur

lipidnya, dimana akumulasi asam lemak n-3 FAs cenderung

berlangsung paling cepat pada periode pre-natal, sementara

n-6 dan n-9 pada periode postnatal.

Akibatnya :

Gangguan konduksi syaraf sensoris maupun motoris, baik di

sentral maupun perifer.

Histologi:

diameter serabut syaraf bermyelin menurun

proses myelinisasi yang terlambat

degenerasi akson.

Klinis:

kelemahan otot

Hipotonia

hiporefleks

penurunan kemampuan belajar

gangguan koordinasi motorik

Metabolisme Energi di otak, dan

fungsi psikologis

Walaupun berat otak hanya 2% dari BB orang

dewasa tapi otak menggunakan 20% dari

kebutuhan energi pada saat istirahat (Resting

Metabolic Rate).

Kemampuan otak untuk mencadangkan energi

sangat terbatas ( 10 menit) sehingga sangat

memerlukan suplai energi (glukosa) yang terus

menerus melewati sawar darah otak (BBB).

Kadar glukosa darah dipertahankan 70 90

mg/dL.

30% glukosa untuk menghasilkan energi

sisanya untuk sintesis asam amino, peptida,

lipid, dan asam nukleat (contoh: berbagai

neurotransmitter)

Penggunaan glukosa oleh otak lebih tinggi

anak-anak daripada orang dewasa.

Kadar glukosa darah dikontrol dengan sangat

ketat, terutama untuk penyediaan energi yang

konstan bagi otak.

Jika KGD jatuh sangat rendah, fungsi otak akan

terganggu, terjadi kerusakan otak sampai

kematian.

HIPOGLIKEMIA

Kadar glukosa darah < 40 mg/dL

KGD < 55 mg/dL : fungsi otak mulai terganggu.

2 tipe reaksi terhadap KGD yang sangat rendah

dibedakan menjadi: respons autonomik dan

respons neuroglikopenik.

Gangguan fungsi otak terganggu, bingung,

amnesia, pandangan kabur, lemah, lelah, dan

perilaku yang aneh.

GLUKOSA dan DAYA INGAT

Hippocampus : sangat penting untuk memodulasi

daya ingat (memori)

Reseptor insulin di hippocampus mempengaruhi

uptake glukosa dan laju hantaran syaraf

menimbulkan dugaan adanya peranan diet,

khususnya glukosa, dalam perbaikan daya ingat

(memori)

Suplemen peningkat daya ingat

Prinsip kerja :

meningkatkan ketersediaan dan ambilan

(uptake) dari glukosa sehingga kadar glukosa

meningkat di otak.

Banyak obat obatan peningkat daya ingat menyebabkan pelepasan adrenalin oleh kelenjar adrenal yang pada gilirannya menyebabkan pelepasan glukosa oleh hepar.

Penelitian:

Konsumsi minuman ber-glukosa memperbaiki

daya ingat sekelompok lansia jika diberikan sesaat

sebelum atau segera setelah mendengar suatu

cerita.

Efek segera dari makan terhadap

peningkatan kognitif

Dipengaruhi oleh:

Kandungan / jenis bahan makan

Waktu

Jumlah

Bagaimana jenis bahan makanan

berefek terhadap proses berfikir?

1. Berhubungan dengan KGD, dimana glukosa

merupakan sumber energi bagi otak.

2. Sintesis berbagai neurotransmitter (contoh:

serotonin, asetilkolin, noradrenalin, dopamin)

untuk keterampilan motorik dan proses berfikir.

Perubahan kadar neurotransmitter menyebabkan

terjadinya perubahan mood dan performa

kognitif

KARBOHIDRAT :

Diasumsikan dapat mempengaruhi mood, daya ingat dan

performa mental.

Mekanisme :

peningkatan ketersediaan glukosa di jaringan syaraf

pelepasan -endorphin

perubahan metabolisme serotonin akibat peningkatan

transport triptofan melewati sawar darah-otak

(blood-brain barrier ).

Makanan tinggi karbohidrat:

Makanan tinggi karbohidrat menyebabkan terjadinya sekresi

insulin .

Insulin menyebabkan kebanyakan asam amino meninggalkan

aliran darah dan masuk ke otot , sementara AA triptofan

tetap berada di darah.

Akibatnya: triptofan yang mengalir ke otak meningkat dan

kompetisi dengan asam amino lain melewati sawar darah

otak menurun.

Peningkatan triptofan di otak menyebabkan peningkatan

sintesis dan pelepasan serotonin

serotonin

Secara biokimai berasal dari AA triptofan.

Populer sebagai hormon bahagia.

Hampir 90% berlokasi di sel enterochromaffin

usus (regulasi pergerakan usus).

Sisanya disintesis di neuron serotonergik di SSP

(regulasi mood, nafsu makan, tidur, fungsi

kognitif: belajar dan daya ingat )

CRAVING FOR SUGAR

Makanan tinggi protein:

Makanan tinggi protein mengandung AA termasuk

triptofan dan tirosin.

Tapi karena triptofan merupakan AA yang paling

sedikit dijumpai pada makanan tinggi protein dan

semua AA berkompetisi terhadap molekul

transporter yang sama untuk melewati sawar darah

otak, akibatnya triptofan dijumpai lebih sedikit di

otak.

Peningkatan kadar tirosin di otak, meningkatkan

sintesis dopamin dan norepinefrin. Sintesis

serotonin menurun.

Lieberman et al., 1986:

Efek triptofan dan tirosin terhadap mood, waktu bereaksi,

dan performa motorik.

Hasil: partisipan yang menkonsumsi pil triptofan terlihat

kurang waspada, kurang bergairah, dan lebih lelah

dibandingkan jika mengkonsumsi pil tirosin atau

plasebo.

Smith et al., 1988

Makan siang yang mengandung:

protein tinggi menyebabkan gangguan

konsentrasi yang lebih tinggi,

karbohidrat tinggi berasosiasi dengan

waktu reaksi yang lebih lambat

WAKTU :

Makanan yang sama yang dikonsumsi pada saat

pagi hari, siang, sore dapat menimbulkan efek

yang berbeda terhadap perilaku kognitif.

Secara umum, individu cenderung lebih waspada

dan performa yang lebih baik pada tugas tugas

kognitif pada saat pagi hari dibanding sore hari

(Smith et al., 1988).

SARAPAN Banyak peneltian membuktikan adanya hubungan

antara sarapan dan performa kognitif yang lebih

baik pada setiap tahapan usia.

Sarapan dianggap sebagai makan yang paling

penting setelah tidak makan dalam waktu lama

ketika tidur malam hari, melewatkan sarapan

dapat menurunkan ketersediaan sejumlah nutrien

di otak dan menurunkan performa kognitif.

Pollitt, 1995:

Sarapan terbukti meningkatkan performa pada

pengukuran kelancaran verbal, daya ingat,

aritmatika, dan kemampuan persepsi pada anak

anak beresiko gangguan gizi, tapi memiliki efek

minimal pada anak anak bergizi baik.

Dampak sarapan pada anak anak

Suatu penelitian yang meneliti tentang efek tidak

sarapan pada anak laki laki bergizi baik.

Hasilnya:

kemampuan menyelesaikan masalah lebih jelek

dibanding jika sarapan.

berhubungan dengan gangguan konsentrasi dan

daya ingat yang semakin memburuk pada siang hari

nya.

Israel: anak anak yang diberi sarapan di sekolah (30

g cornflakes manis + 200 ml susu : performa daya

ingat dan kemampuan belajar yang lebih baik dibanding

yang tidak sarapan atau yang sarapan di rumah.

Spanyol: anak anak yang secara reguler

mengkonsumsi sarapan yang cukup (20% dari total

kalori harian) mendapat nilai yang lebih tinggi

dibanding anak anak yang sarapan lebih sedikit.

Jamaika: konsumsi sarapan standar yang diberikan

pemerintah berdampak terhadap kehadiran di sekolah

dan performa aritmatika pada anak anak bergizi

kurang.

Dampak sarapan pada orang dewasa

Tuttle et al. (1952) membandingkan efek sarapan

yang berat (800 kkal), ringan (400 kkal) atau

tidak sarapan terhadap kecepatan beraksi.

Hasilnya:

kelompok yang tidak sarapan memberikan respon

lebih lama dibanding 3 kelompok lainnya.

Dampak sarapan pada lansia

Lansia usia 60 79 tahun yang sarapan sereal

setiap hari mempunyai performa lebih baik pada

tes membaca dibanding yang tidak sarapan sereal

setiap hari ataupun yang sarapan tidak teratur.

MAKAN SIANG

Sering dilaporkan menurunkan performa mental

dan menurunkan mood.

Rasa bosan, letargi, lamban, ngantuk, tak

bertenaga (postlunch dip)

Jumlah / Porsi makanan

Porsi besar cenderung menurunkan performa

yang lebih besar dibandingkan porsi kecil

DHA = Docosahexanoic Acid

EPA =Eicosapentanoic Acid

DHA dan EPA

DHA dan EPA merupakan asam lemak esensial

yang sangat penting bagi kesehatan manusia.

Otak mengandung lipid sangat tinggi, dimana

proporsi terbesar dari gray matter cerebrum terdiri

dari PUFA rantai panjang (t.u DHA).

DHA (22:6 -3)

EPA (20:5 -3)

Sumber: Di alam berasal disintesis oleh phytoplankton

dalam ekosistem laut, shg sumber DHA dan EPA :

ikan laut, minyak ikan, ganggang laut, kerang, dan

mamalia laut

Hampir dari DHA otak dan retina orang dewasa dicadangkan sejak masa janin.

Kandungan DHA dan arachidonat di cerebrum dan cerebellum meningkat 3-5 kali pada trimester akhir kehamilan. Juga 3 bulan pertama bayi lahir SANGAT PENTING !

Bayi prematur perlu DHA.

Susu pada kebanyakan mamalia, termasuk manusia, mengandung banyak DHA, tapi tidak pada susu formula.

Vitamin dan mineral

Bukti penelitian:

Penelitian di negara dimana terjadi malnutrisi

endemis dan di berbagai negara Barat :

anak-anak yang diberi vitamin dan mineral

tambahan meningkatkan kemampuan belajar di sekolah, suasana hati (mood) dan kesehatan

mentalnya.

Vitamin

Peran sangat penting pada:

metabolisme energi sel neuron dan glia

Sebagai koenzim dalam sintesis neurotransmitter

Modulasi ikatan antara reseptor-neurotransmitter (terutama vit B6)

Berpengaruh terhadap integritas struktural neuron dan kecepatan konduksi (terutama kobalamin, tiamin, folat)

Kondisi mental dan mood

Vitamin dan sintesis neurotransmitter

VIITAMIN FUNGSI NEUROTRANSMITTER

Nicotinamide Enzyme cofactor serotonin

Piridoksin Enzyme cofactor

Noradrenalin, dopamin,

serotonin, histamin, GABA

Asam folat/B12 Enzyme cofactor

Noradrenalin, dopamin

Ascorbic acid Enzyme cofactor

Noradrenalin, dopamin

Thiamin Enzyme cofactor

Asetilkolin

Vitamin e

Asupan makanan dengan kandungan vitamin E

yang tinggi mengakibatkan peninggian kadar

vitamin E di berbagai area otak, termasuk di

hippocampus.

penurunan stress oksidatif di jaringan otak

Zat Besi (Fe)

Berperan penting pada fungsi syaraf normal:

Metabolisme oksidatif

Kofaktor pada sintesis neurotransmitter

Kofaktor pada sintesis myelin

Defisiensi Fe:

Defisiensi Fe dalam diet bayi dan anak:

kadar Fe di otak menurun

berpengaruh terhadap fungsi kognitif dan

perubahan perilaku.

Kelebihan Fe:

Akumulasi Fe abnormal penyebab penyakit

neurodegeneratif:

degenerasi syaraf

Alzheimers disease (AD),

Parkinsons disease (PD)

Friedreichs ataxia (FRDA).

Diduga:

Fe kerusakan oksidatif kematian sel

ZINC

Merupakan mineral kedua terbanyak dalam otak

manusia (1. Fe, 3. Co).

Selama masa pertumbuhan, terjadi peningkatan

yang bertahap pada kandungan Zc di otak,

5 g/g pada tahun I kehidupan

10 g/g saat dewasa

Fungsi:

Unsur/bagian dari berbagai metalloprotein, yang

berperan dalam struktural, regulasi, antioksidan.

Terlibat dalam aktivitas > 300 enzim. Ketiadaan

Zc menyebabkan enzim inaktif.

Transkripsi gen

Defisiensi Zc:

Tahapan embrionik malformasi otak (cth: spina bifida)

Tahapan menyusu ukuran otak

Iodium (I)

Berperan penting dalam pertumbuhan dan

perkembangan normal.

Defisiensi I : gangguan pertumbuhan dan

perkembangan, retardasi mental

KAFEIN

Antagonis reseptor adenosin pelepasan

neurotransmitter.

Akibatnya: peningkatan kewaspadaan terutama

ketika harus bekerja di malam hari

Sumber kafein :

Kopi

Teh

Kola

Analgesik

Produk cokelat

melatonin

Secara natural dijumpai pada binatang, tumbuhan,

mikroba

Manusia:diproduksi oleh glandula pineal.

Kadar hormon melatonin bervariasi sepanjang hari

(ritme sirkadian)

Kadar hormon melatonin akan teratur setelah usia 3

bulan setelah kelahiran, dengan kadar tertinggi pada

tengah malam dan jam 8 pagi.

Produksi melatonin menurun pada proses menua.

Produksi melatonin terinhibisi oleh cahaya yang

sampai ke retina dan distimulasi oleh kegelapan.

Bahan makanan sumber:

Buah buahan (pisang, nenas, jeruk, tomat)

Beras, jagung

St. Johns wort (bunga, daun)

Fungsi:

Pengatur jam biologis (siklus bangun tidur)

Antioksidan kuat, dapat melewati membran sel

dan sawar darah otak sehingga dapat melindungi

otak terhadap berbagai jejas yang disebabkan oleh

pelepasan ROS dan beberapa penyakit kerusakan

otak seperti penyakit Parkinson

Tumor suppressant

WHO (2007) : pekerja dengan shift kerja

malam hari diduga lebih mudah terkena

kanker.

Melatonin sebagai antioksidan dan penekan

pertumbuhan tumor, diproduksi di malam

hari. Jika seseorang bekerja di malam hari,

dengan menggunakan lampu buatan,

menyebabkan kadar hormon melatonin

rendah sehingga lebih mudah terjadi kanker.

Melatonin dapat digunakan sebagai pengobatan

berbagai penyakit seperti: penyakit jantung, kanker,

kelainan imun, depressi, gangguan tidur / insomnia,

seasonal affective disorder (SAD)