Stress Metabolik dan kebutuhan nutrien Prof dr Nur Indrawaty Liputo, PhD Bagian Ilmu Gizi

Stres Metabolik Sepsis (infeksi) Trauma (termasuk luka bakar) Tindakan bedah Once the systemic response is activated, the physiologic and metabolic changes that follow are similar and may lead to septic shock.

Menurunkan nafsu makan Meningkatkan nafsu makan ( oreksigenik ) Neurotransmiter dan hormon yang mempengaruhi pusat makan dan pusat kenyang di hipotalamus Menurunkan nafsu makan ( anoreksigenik) Meningkatkan nafsu makan ( oreksigenik ) α - melanocyte-stimulating hormon ( α – MSH) Leptin Serotonin Norepinefrin Hormon pelepas-kortikotropin Insulin Kolesistokinin (CCK) Peptida mirip-glukagon (GLP) Cocaine-and amphetamine-relguated transcrip (CART) Peptida YY ( PYY) Neuropeptida Y ( NPY) Agouti related protein (AGRP) Hormon pemekat-melanin (MCH) Oreksin A dan B Endorfin Galanin (GAL) Asam amino ( asam glutamat dan γ- aminobutirat) Kortisol Ghrelin

Infeksi, demam dan anoreksia Keadaan inflamasi  sitokin  adalah peptida yang bersifat katabolik  anoreksia Kolesistokinin (CCK): katabolik febrigenesis yang menimbulkan anoreksia, meningkatkan metabolisme dan temperatur Leptin akan memicu pengeluaran sitokin dan peptida katabolik lain  anoreksia MSH dan corticotropin releasing factor: memicu mekanisme adaptif katabolik

Hypermetabolic Response to Stress—Cause Algorithm content developed by John Anderson, PhD, and Sanford C. Garner, PhD, 2000.

Immediate Physiologic and Metabolic Changes after Injury or Burn ADH, Antiduretic hormone; NH3, ammonia.

Keadaan hiperkatabolik Keadaan hiperkatabolik: dipicu oleh karena diproduksinya berbagai mediator akibat adanya trauma, sepsis, dan sakit lanjut Munculan: kehilangan protein yang progresif, gangguan metabolisme karbohidrat, peningkatan oksidasi lemak, peningkatan volume ekstraseluler  organ failure  tapi juga berperan dalam proses perbaikan dan menurunkan infalamasi

Respon metabolik pada Trauma dan keadaan sakit Moore dkk menemukan terjadi peningkatan ekskresi nitrogen, kalium dan fosfor di urin setelah terjadi trauma Zat gizi yang sama yang ada di otot Moore dkk berkesimpulan terdapat dua fase setelah terjadi trauma: fase ebb dan fase flow

Hypermetabolic Response to Stress—Pathophysiology Algorithm content developed by John Anderson, PhD, and Sanford C. Garner, PhD, 2000.

Trauma Setelah trauma terdapat 2 fase Ebb Phase : respon seketika setelah trauma Flow Phase: Fase setelah ebb phase berakhir

Ebb Phase: Instabilitas hemodinamik, ekstremitas dingin, hipometabolik Waktu: bervariasi, 12-24 jam, paling lama 3 hari Tergantung cukupnya resusitasi cairan Cardiac output menurun Konsumsi oksigen berkurang Penggunaan substrat menurun Penurunan fungsi sel

Ebb Phase Immediate—hypovolemia, shock, tissue hypoxia Decreased cardiac output Decreased oxygen consumption Lowered body temperature Insulin levels drop because glucagon is elevated.

Flow Phase Follows fluid resuscitation and O2 transport Increased cardiac output begins Increased body temperature Increased energy expenditure Total body protein catabolism begins Marked increase in glucose production, FFAs, circulating insulin/glucagon/cortisol

Flow Phase: Peningkatan cardiac put Peningkatan expenditure, Peningkatan ekskresi nitrogen Peningkatan hormon katekolamin, kortisol dan glukagon Peningkatan mobilisasi asam amino dan asam lemak dari perifer  Bertujuan mempercepat perbaikan

Fase Flow Respon metabolik yang dapat mengubah penggunaan energi dan protein Untuk menjaga fungsi organ Dan memperbaiki kerusakan jaringan Peningkatan konsumsi oksigen, tingkat metabolisme

Hormonal and Cell-Mediated Response Terjadi peningkatan signifikan produksi glukosa dan uptake sekunder glukoneogenesis, dan — Peningkatan level hormon — Peningkatan uptake asam amino hepatik — Sintesa Protein — Percepatan pemecahan protein otot

Skeletal Muscle Proteolysis From Simmons RL, Steed DL: Basic science review for surgeons, Philadelphia, 1992, WB Saunders.

Metabolic Response to Trauma Fatty Deposits Liver & Muscle (glycogen) Muscle (amino acids) Fatty Acids Glucose Amino Acids Endocrine Response Endocrine response in the form of increased catecholamines, glucocorticoids and glycogen, leads to mobilization of tissue energy reserves. These calorie sources include fatty acids and glycerol from lipid reserves, glucose from hepatic glycogen (muscle glycogen can only provide glucose for the involved muscle) and gluconeogenic precursors (eg, amino acids) from muscle.

Metabolic Response to Trauma 28 24 20 16 12 8 4 Nitrogen Excretion (g/day) This slide illustrates nitrogen losses in relation to trauma. With respect to protein, the greater the trauma, the greater the effect on the nitrogen balance. Similar to metabolic rate, patients experience nitrogen losses according to the severity and duration of the trauma. The normal range is indicated by the shaded area. The amount of protein requirement relative to calories increases in patients with metabolic stress. Long CL, et al. JPEN 1979;3:452-456. 10 20 30 40 Days Long CL, et al. JPEN 1979;3:452-456

Severity of Trauma: Effects on Nitrogen Losses and Metabolic Rate Basal Metabolic Rate Cirugía mayor Cirug í a electiva Infecci ó n Sepsis grave Quemadura moderada a grave Nitrogen Loss in Urine Major Surgery Elective Infection Severe Moderate to Severe Burn This graph illustrates that severity of injury correlates to increasing urinary nitrogen loss and increasing energy needs. Elective surgery being least traumatic and the lowest nitrogen loss in urine, whereas burn results in an increase in basal metabolic rate and urinary loss of nitrogen. Adapted from Long CL, et al. JPEN 1979;3:452-456. Adapted from Long CL, et al. JPEN 1979;3:452-456

Metabolic Changes in Starvation From Simmons RL, Steed DL: Basic science review for surgeons, Philadelphia, 1992, WB Saunders.

Starvation vs. Stress Respon Metabolik thd stress berbeda dg respon terhadap kelaparan. Starvation = penurunan energi expenditure, menggunakan energi alternatif, penurunan protein wasting, penggunaan cadangan glikogen pada 24 jam pertama Late starvation = fatty acids, ketones, and glycerol provide energy for all tissues except brain, nervous system, and RBCs

Energy Expenditure in Starvation 10 20 30 40 Partial Starvation Days Nitrogen Excretion (g/day) 12 8 4 Total Starvation Normal Range The two lines on this graph show another adaptive response to severely reduced calorie intake. Urinary nitrogen excretion gradually decreases, indicating conservation of body protein and demonstrating adaptation to starvation. Long CL et al. JPEN 1979;3:452-456 Long CL et al. JPEN 1979;3:452-456

Metabolic Response to Trauma Time Energy Expenditure Ebb Phase Flow Phase Trauma causes major alterations in energy and protein metabolism. The response to trauma can be divided into the ebb phase and the flow phase. The ebb phase occurs immediately after trauma and lasts from 24-48 hours followed by the flow phase. After this, comes the anabolism phase and finally, the fatty-replacement phase. Cuthbertson DP, et al. Adv Clin Chem 1969;12:1-55. Cutherbertson DP, et al. Adv Clin Chem 1969;12:1-55

Hormonal Stress Response Aldosterone—corticosteroid menyebabkan retensi sodium Antidiuretic hormone (ADH)— merangsang absorpsi air di tubular renal Mempertahankan air dan garan untuk menunjang sirkulasi volume darah

Hormonal Stress Response—cont’d ACTH—acts on adrenal cortex to release cortisol (mobilizes amino acids from skeletal muscles) Catecholamines—epinephrine and norepinephrine from renal medulla to stimulate hepatic glycogenolysis, fat mobilization, gluconeogenesis

Cytokines Interleukin-1, interleukin-6, and tumor necrosis factor (TNF) Released by phagocytes in response to tissue damage, infection, inflammation, and some drugs and chemicals

Pemakaian energi Pada fase flow, pemakaian energi meningkat, seiring peningkatan tingkat metabolisme Konsumsi oksigen bertambah, seiring bertambahnya oksidasi zat gizi mayor (karbohidrat, lemak dan asam amino) Peningkatan sesuai dengan besarnya trauma: minimal hingga dua kali lipat pada luka bakar 40%

Dasar penatalaksanaan: menjaga hemodinamik, optimalisasi strategi ventilasi, pemberian cairan, mengontrol fungsi organ, dan pemberian nutrisi

Peningkatan tingkat metabolisme  mobilisasi simpanan energi Glikogen (cadangan karbohidrat): menurun dalam 24 jam setelah trauma simpanan lemak dan protein menjadi sumber energi utama  glukoneogenesis

Peningkatan ekskresi nitrogen dalam bentuk urea, sesuai besarnya trauma Juga dalam bentuk kreatinin, ammonia, asam urat, dan asam amino  kehilangan massa otot signifikan setelah trauma

Cadangan lemak juga termobilisasi dan teroksidasi pada keadaan hipermetabol Peningkatan hormon glukokortikoid, katekolamin, dan glukagon

Metabolisme Protein Protein adalah salah satu cadangan energi Pada trauma, cadangan ini termobilisasi Terjadi pengeluaran asam amino dari dari perifer dan peningkatan ekskresi nitrogen Peningkatan sesuai luas dan beratnya trauma Terjadi keseimbangan nitrogen negatif Sesuai juga dengan peningkatan konsumsi oksigen

Kehilangan protein jika tidak cepat dikoreksi akan menyebabkan hilangnya massa otot dan berikutnya  disfungsi atau kegagalan organ Terjadi peningkatan pemecahan protein terutama myofibrilar protein, berkurangnya sintesis protein dan pencegahan pengambilan protein Melibatkan: glukortikoid, sitokin, Tumor Necrosis Factor (TNF), interleukin-1 (IL-1)

Metabolisme glukosa Pada sepsis dan trauma terjadi hiperglikemia Oleh karena adanya glukoneogenesis di hepar dan penurunan uptake glukosa oleh karena penurunan insulin Pada fase ebb, insulin berkurang tapi meningkat setelah fase flow namun tetap relatif rendah dibanding normal

Gangguan metabolisme glukosa mengurangi uptake glukosa oleh otot rangka dan perubahan glukosa menjadi asam lemak di jaringan adiposa Terjadi keadaan resistensi insulin perifer Adanya kortisol dan katekolamin gagal menghambat lajunya glukoneogenesis dan glikogenolisis Hal ini perlu untuk menjaga ketersediaan glukosa untuk organ seperti: SSP, ginjal, jaringan luka dan sel darah yang penting untuk kelangsungan hidup

Selama respon stress, sumber glukosa lain adalah glikolisis anaerob pada otot dan jaringan hipoksis (luka) yang memproduksi laktat Laktat dapat diubah menjadi glukosa dengan Cory Cycle yang meningkat pada luka bakar dan trauma Pada luka bakar: laktat adalah substrat glukoneogenik terpenting

Metabolisme lemak Lemak adalah sumber energi utama Pada stress dan trauma, mobilisasi dan penggunaan lemak dapat menjaga agar cadangan protein tidak cepat berkurang Leptin, hormon yang men-stimulasi oksidasi asam lemak, berhubungan dengan sitokin adalah stress-related hormone

Leptin dan sitokin  peningkatan asam lemak bebas dan trigliserida pada darah Pada stress dan trauma, lebih banyak terjadi oksidasi lemak sebagai sumber energi Yang ditandai penurunan Respiratory Quotient  oksidasi lemak. RQ Normal; 0,85 Peningkatan jumlah asam lemak dapat menjadi sumber energi untuk berbagai jaringan, kecuali darah dan otak

Hypermetabolic Response to Stress— Medical and Nutritional Management Algorithm content developed by John Anderson, PhD, and Sanford C. Garner, PhD, 2000. Updated by Maion F. Winkler and Ainsley Malone, 2002.

Selamat Ujian…