Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Glukosa Darah Sumber Glukosa Darah Karbohidrat, protein dan lemak merupakan nutrisi penting bagi tubuh. Didalam saluran cerna, masing-masing karbohidrat, lemak dan protein tersebut akan dipecah melalui berbagai proses menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana. Karbohidrat menjadi glukosa, protein menjadi asam amino, dan lemak menjadi kolestrol dan asam lemak bebas. Tubuh memakai glukosa sebagai sumber energi utama. Glukosa akan di absorpsi oleh saluran cerna dan ditransport untuk selanjutnya disimpan dan dipakai oleh sel. Setelah diabsorbsi, glukosa akan berada di dalam darah. Kadar glukosa di dalam darah dipertahankan antara 4,5-5,5 mmol/l. Selanjutnya untuk mempertahankan kadar glukosa, terjadi proses pembentukan glukosa menjadi glikogen maupun penguraian glikogen menjadi glukosa. Dalam mempertahankan glukosa di dalam darah, tubuh mendapat glukosa dari berbagai sumber, antara lain : 1. Dari karbohidrat makanan Sebagian besar karbohidrat dalam makanan pada pencernaan membentuk glukosa, galaktosa atau fruktosa. Zat-zat ini kemudian diabsorbsi ke dalam vena porta. Galaktosa dan fruktosa segera diubah menjadi glukosa dalam hati (Irawan, 2007). 2. Dari berbagai senyawa glukogenik yang mengalami glukoneogenesis Senyawa-senyawa ini dibagi dalam dua kategori: (1) Senyawa yang langsung diubah menjadi glukosa tanpa banyak resiklus, seperti beberapa asam amino dan propionat, (2) Senyawa yang merupakan hasil dari metabolisme parsial glukosa dalam jaringan tertentu yang diangkut ke hati dan ginjal, dimana mereka disintesis kembali menjadi glukosa. Misalnya, laktat, yang dibentuk dari oksidasi glukosa dalam otot rangka dan oleh eritrosit, ditransport ke hati dan ginjal dimana mereka diubah menjadi glukosa, yang dapat digunakan lagi melalui sirkulasi untuk oksidasi dalam jaringan. Proses ini dikenal sebagai siklus cori atau siklus asam laktat.

2 5 Gliserol untuk triasilgliserol jaringan adipose mula-mula berasal dari glukosa darah karena gliserol bebas tidak segera dapat dipergunakan untuk sintesis triasilgliserol dalam jaringan ini. Asilgliserol jaringan adiposa secara kontinu mengalami hidrolisis untuk membentuk gliserol bebas, yang berdifusi keluar dari jaringan masuk ke dalam darah. Ia diubah kembali menjadi glukosa oleh mekanisme glukoneogenesis dalam hati dan ginjal. Jadi terdapat suatu siklus yang kontinu dimana glukosa ditransport dari hati dan ginjal ke jaringan adiposa dan gliserol dan dikembalikan untuk disintesis menjadi glukosa oleh hati dan ginjal. 3. Dari glikogen hati oleh glikogenolisis. Glukosa bila tidak digunakan akan disimpan dalam bentuk glikogen di hati sebagai cadangan makanan. Proses penyimpanan glukosa menjadi glikogen disebut glikogenesis. Jika tubuh kekurangan glukosa, maka glikogen pun akan dipecah menjadi glukosa melalui proses glikogenolisis. (Murray et al., 2009) Gambar 2.1 Proses Glikogenesis dan Glikogenolisis

3 Kadar Glukosa Darah Dalam keadaan postabsorbsi konsentrasi glukosa darah manusia berkisar antara mg/dl. Setelah makan karbohidrat kadar dapat meningkat sampai sekitar mg/dl. Selama puasa, kadarnya turun sampai sekitar mg/dl. Dalam keadaan normal, kadarnya dikontrol dalam batas-batas ini Pengaturan Glukosa Darah Mempertahankan kadar glukosa dalam darah hingga stabil adalah salah satu mekanisme homeostatik yang paling baik, dimana hati, jaringan-jaringan ekstrahepatik, dan beberapa hormon mempunyai peranan. Sel-sel hati sangat permeable terhadap glukosa, sedangkan sel-sel jaringan ekstrahepatik relatif impermeabel. Ini mengakibatkan penembusan glukosa melalui membran sel merupakan langkah-langkah yang rate limiting dalam jaringan ekstrahepatik. Glukosa dengan cepat mengalami fosforilasi oleh heksokinase pada waktu masuk kedalam sel. Sebaliknya, ada kemungkinan bahwa aktifasi enzim-enzim tertentu dan konsentrasi zat-zat antara yang penting lebih banyak mempengaruhi secara langsung uptake dan output glukosa dalam darah. Hal ini merupakan faktor yang penting dalam mengatur kecepatan uptake glukosa dalam hati dan jaringan ekstrahepatik. Heksokinase dihambat oleh glukosa 6-fosfat, sehingga dapat terjadi pengaturan umpan balik terhadap uptake glukosa dalam jaringan ekstrahepatik yang tergantung pada heksokinase untuk fosforilasi glukosa. Glukokinase, yang mempunyai km lebih tinggi (afinitas yang lebih rendah) untuk glukosa daripada heksokinase, meningkat dalam aktifitas batas konsentrasi fisiologis glukosa dan mempunyai hubungan spesifik dengan uptake glukosa di hati pada konsentrasi yang lebih tinggi setelah mengkonsumsi karbohidrat. Disamping pengaruh langsung dari kondisi hiperglikemia dalam meningkatkan uptake glukosa ke dalam hati dan jaringan perifer, hormon insulin juga memegang peranan pokok dalam pengaturan konsentrasi glukosa darah. Insulin dihasilkan oleh sel-sel beta pulau langerhans dalam pankreas dan

4 7 disekresi ke dalam darah sebagai respon langsung terhadap hiperglikemia.konsentrasinya dalam darah sebanding dengan konsentrasi glukosa. Hormon- hormon seperti epinefrin dan norepinefrin menghambat pengeluaran insulin. Secara invitro (dan mungkin in vivo) ditemukan bahwa insulin mempunyai efek langsung pada jaringan seperti jaringan adiposa dan otot dalam menaikkan kecepatan uptake glukosa. Diduga bahwa kerja ini disebabkan karena peningkatan transport glukosa melalui membran sel. Glukagon adalah hormon yang diproduksi oleh sel-sel alfa pulau langerhans dari pankreas. Sekresinya dirangsang oleh hipoglikemia dan bila sampai di hati (melalui vena porta), menyebabkan glikogenolisis dengan mengaktifkan fosforilase dengan cara yang sama seperti epinefrin. Tidak seperti epinefrin, glukagon tidak mempunyai efek terhadap fosforilase otot. Glukagon juga merangsang efek glukoneogenesis serta glikogenolisis hati dan menambah efek hiperglikemik yang diakibatkan oleh glukagon. Kelenjar hipofisis anterior mengsekresi hormon-hormon yang cenderung untuk meningkatkan glukosa darah dan oleh karena itu melawan kerja insulin. Hormon-hormon ini adalah hormon pertumbuhan, ACTH (kortikotropin), dan mungkin zat diabetogenik lainnya. Sekresi hormon pertumbuhan, dirangsang oleh hipoglikemia. Hormon ini bekerja dengan menurunkan uptake glukosa dalam jaringan tertentu, misalnya otot. Pemberian hormon pertumbuhan untuk waktu yang lama dapat menimbulkan diabetes. Efek hiperglikemia yang timbul akibat perangsangan hormon pertumbuhan merangsang sekresi insulin, dengan kemungkinan menyebabkan sel-sel beta menjadi letih.selain hormon pertumbuhan, ACTH dapat mempunyai efek tidak langsung pada penggunaan glukosa, yaitu meningkatkan pengeluaran asam-asam lemak bebas dari jaringan adiposa. Efek utamanya pada metabolisme karbohidrat adalah perangsangan sekresi hormon korteks adrenal. Korteks adrenal mengsekresi sejumlah hormon steroid antara lain glukokortikoid (kortisol) dan mineralokortikoid (aldosteron). Glukokortikoid berperan penting dalam metabolisme karbohidrat. Pemberian glukokortikoid mengakibatkan terjadinya glukoneogenesis. Sehingga terjadi kenaikan

5 8 katabolisme protein dalam jaringan, peningkatan uptake asam amino oleh hati, dan kenaikan aktivitas transaminase dan enzim-enzim lain yang berhubungan dengan glukoneogenesis dalam hati. Selain itu, glukokortikoid juga menghambat penggunaan glukosa dalam jaringan ekstrahepatik. Glukokortikoid juga berperan dengan suatu cara yang antagonistik terhadap insulin. Epinefrin, disekresi oleh medulla adrenal, merangsang pemecahan glikogen dalam otot. Akan tetapi, pemberian epinefrin mengakibatkan pengeluaran glukosa dari hati bila terdapat glikogen akibat perangsangan fosforilase. Pada Otot, sebagai akibat tidak adanya glukosa 6-fosfotase, glikogenolisis mengakibatkan pembentukan laktat. Laktat yang berdifusi ke dalam darah diubah kembali oleh mekanisme glukoneogenesis menjadi glikogen dalam hati (siklus cori). Kondisi hipoglikemia menyebabkan suatu rangsangan saraf simpatis, sehingga terjadi kenaikan sekresi epinefrin, akibatnya terjadi proses glikogenolisis dan diikuti oleh kenaikan konsentrasi glukosa darah. (Bender & Meyes, 2009) 2.2 Kopi Sejarah Kopi Tanaman kopi berasal dari Ethiopia, tetapi sejarah awal pembudidayaan kopi dan penggunaannya sebagai minuman berpusat pada Arabia. Kopi diperkenalkan di Arabia sekitar abad ke-15. Sekitar tahun 1500-an, kopi dibudidayakan di Yemen dan praktek pemanggangan biji kopi mulai berkembang di banyak bagian dunia Islam. Sekitar than 1600, kopi mulai dikenalkan ke bangsa Eropa dan beberapa tahun kemudian orang-orang Belanda memperkenalkan kopi ke pulau Jawa. Kopi arabika dikenal sejak abad ke-13, sedangkan kopi robusta dikenal setelah akhir abad ke-19 (International Coffee Organization) Secara taksonomi, kopi termasuk famili Rubiacaea, genus coffea. Speciesnya ada 2 yaitu coffea arabica (arabika) dan coffea canephora (robusta). Kopi robusta tumbuh di tempat yang berbeda dengan kopi arabika,yaitu didaerah tropis dimana kopi arabika tidak bisa tumbuh. Harga kopi robusta lebih murah

6 9 daripada kopi arabika namun rasanya kurang enak lebih pahit bila dibanding kopi arabika Kandungan Kopi Di dalam sekeping biji kopi terkandung beberapa senyawa kimia. Senyawa-senyawa kimia tersebut dapat dibedakan atas senyawa volatil dan non volatil. Senyawa volatil adalah senyawa yang mudah menguap, terutama jika terjadi kenaikan suhu. Yang termasuk senyawa volatil antara lain golongan aldehid, keton dan alkohol. Senyawa volatil berpengaruh terhadap aroma kopi sedangkan senyawa non volatil lebih berpengaruh terhadap mutu kopi. Mutu kopi diperankan oleh senyawa non volatil diantaranya adalah kafein, chlorogenic acid dan senyawa-senyawa nutrisi. Kafein merupakan unsur terpenting pada kopi yang berfungsi sebagai stimulant, sedangkan kafeol merupakan faktor yang menentukan rasa. Selain kafein yang diduga banyak berperan dalam fisiologis tubuh, biji kopi juga mengandung beberapa senyawa nutrisi antara lain karbohidrat, protein, lemak, dan mineral. Sukrosa, salah satu golongan karbohidrat merupakan senyawa disakarida yang terkandung dalam biji kopi, kadarnya bisa mencapai 75% pada biji kopi kering. Selain itu, dalam biji kopi terdapat pula gula pereduksi sekitar 1 %. Berkurangnya gula pereduksi yang disebabkan oleh penyimpanan pada suhu tinggi akan menyebabkan turunnya mutu kopi seduhan yang dihasilkan, karena gula merupakan salah satu komponen pembentuk aroma. Golongan asam juga dapat mempengaruhi mutu kopi, karena merupakan salah satu senyawa pembentuk aroma kopi. Asam yang dominan pada biji kopi adalah asam klorogenat yaitu sekitar 8 % pada biji kopi berkurang menjadi 4,5% pada kopi sangrai. Hal ini dikarenakan selama penyangraian sebagian besar chlorogenic acids akan terhidrolisa menjadi asam kafeat dan Quinic acid (Clarke dan Macrae (eds), 1985). Dalam 1 cangkir kopi robusta dengan 10 g bubuk kopi terkandung sekitar 100 mg kafein dan 200 mg chlorogenic acid. Kadar kafein yang terdapat pada kopi Robusta sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan kopi Arabika. Sebaliknya jenis Arabika lebih banyak mengandung zat gula dan minyak atsiri. Dinegara-negara konsumen ramuan

7 10 minuman kopi biasanya dihidangkan dalam bentuk hasil blending kopi Robusta dan Arabika (Spillane, 1990) Efek Kopi Kopi dapat mempengaruhi fisiologis tubuh. Dua senyawa yang paling berperan dalam hal ini antara lain adalah kafein dan chlorogenic acid. 1. Kafein Kafein (1,3,7-trimethylxantin) merupakan stimulant yang paling banyak ditemukan. Selain pada kopi, kafein juga terdapat di dalam teh, cokelat, softdrink, serta minuman-minuman berenergi. Jumlah kafein dalam secangkir kopi bervariasi, sekitar mg. Kafein diabsorpsi secara cepat dan sempurna, dengan 99% di absorpsi dalam 45 menit setelah asupan. Ketika dikonsumsi dalam bentuk minuman, kafein diabsopsi secara cepat oleh saluran cerna dan terdistribusi melalui cairan tubuh. Kadar puncak kafein di dalam tubuh tercapai dalam menit, namun bervariasi tergantung waktu pengosongan lambung. Sekali diabsorpsi, kafein tidak mengalami first pass metabolisme. Sebuah penelitian pada manusia dewasa, 4 mg/kg (280 mg/70 kg atau 2-3 cangkir kopi) kafein mempunyai waktu paruh antara 3-6 jam (Rogers, 2007). Kafein mengalami metabolisme di hati menjadi paraxanthine, theobromin dan theophilline. Kemudian kafein akan diekskresikan melalui urin. Rokok dapat meningkatkan metabolisme kafein, dengan meningkatkan aktifitas xantin oxidase, sehingga mempercepat proses demetilasi (Committee on Military Nutrition Research Food and Nutrition Board, 2001). Gambar 2.2 Struktur Kimia Kafein

8 11 Di dalam tubuh, kafein bekerja pada tingkat sel dengan beberapa mekanisme, yaitu: (1) meningkatkan affinitas myofilament terhadap kalsium (Ca 2+ ) dan meningkatkan pelepasan Ca 2+ di retikulum sarkoplasama, (2) menghambat enzim phospodiesterase sehingga terjadi akumulasi cyclic-3,5- adenosine monophosphat (camp) di berbagai jaringan termasuk jaringan adiposa dan otot skelet, (3) menghambat secara kompetitif reseptor adenosine (Daly dan Fredholm, 2004). Adenosine diproduksi di semua jaringan dan berperan dalam proses pemecahan ATP selama metabolisme sel dan transmisi neuron (Johnson et al., 2001). Dua kerja adenosine melatarbelakangi efek kafein di sistem kardioveskular dan endokrin. Pertama, adenosine bekerja pada kanal kalium menyebabkan hiperpolarisasi membran sel neuron, otot polos pembuluh darah, dan otot jantung (Suzuki et al., 2001). Efek adenosine menyebabkan penurunan laju transmisi neuron dan penurunan respon jantung dan pembuluh darah. Kedua, adenosine bekerja dalam menurunkan pelepasan neurotransmitter presinaps di sistem saraf pusat maupun sistem saraf autonom. Hal ini akan mengurangi efek simpatis yang terjadi di jantung, pembuluh darah, dan medulla adrenal (Shinozuka et al., 2002). Sehingga dapat disimpulkan bahwa antagonisme kafein secara kompetitif pada reseptor adenosine akan menurunkan kerja adenosine dan menyebabkan peningkatan aktifitas sistem saraf pusat dan sistem saraf autonom. Peningkatan aktifitas sistem saraf pusat akan menyebabkan tubuh tetap terjaga, kewaspadaan meningkat serta timbulnya perasaan gelisah. Peningkatan aktifitas sistem saraf autonom oleh hambatan kafein terhadap reseptor adenosine akan menyebabkan vasokonstriks serta peningkatan pelepasan katekolamin dari medula adrenal. Pelepasan katekolamin ini berperan dalam meningkatkan tekanan darah, kontraksi jantung, denyut nadi dan lipolisis ehingga meningkatkan asam lemak bebas di dalam darah (Wedick et al, 2011). Selain mempunyai efek terhadap sistem saraf pusat, jantung, dan pembuluh darah. Pelepasan katekolamin yang diakibatkan oleh kafein juga dapat mempengaruhi metabolisme tubuh, diantaranya metabolisme glukosa.

9 12 Katekolamin bekerja meningkatkan glikogenolisis di hepar dan otot rangka, menghambat sekresi insulin melalui aktivasi adrenoseptor-α (lebih dominan dibanding peningkatan sekresi insulin melalui aktivasiadrenoseptor-β 2 ). Adrenalin (Epinefrin) juga memacu pemecahan lemak (lipolisis) melalui aktivasi adrenoseptor - β 3 dan meningkatkan aktivitas lipase. Dari hal yang telah disebutkan, dapat disimpulkan bahwa pelepasan katekolamin dapat meningkatkan kadar glukosa di dalam darah (Greer et al, 2001). Data penelitian sebelumnya mengungkapkan bahwa kafein meningkatkan sekresi adrenokortikotropin hormon (ACTH) dan kortisol (Lovallo et al., 2005). Efek metabolik yang paling terkenal dari kortisol adalah perangsangan glukoneogenesis. Kortisol meningkatkan enzim-enzim yang dibutuhkan untuk mengubah asam-asam amino menjadi glukosa. Kortisol juga menekan proses oksidasi nikotinamid-adenin-dinukleotida (NADH) untuk membentuk NADH +. Oleh karena NADH harus dioksidasi agar menimbulkan glikolisis, efek ini dapat berperan dalam mengurangi pemakaian glukosa oleh sel. Peningkatan kecepatan glukoneogenesis serta berkurangnya kecepatan pemakaian glukosa oleh sel dapat meningkatkan konsentrasi glukosa darah (Guyton dan Hall, 2006). 2. Chlorogenic acid (CGA) Chlorogenic acids (CGA) atau 5-caffeoylquinic acid merupakan salah satu senyawa phenol. Kopi merupakan sumber alami utama CGA (5-12g/100 g) (Farah et al., 2008). Secara invitro, CGA telah terbukti berperan sebagai antioksidan. CGA mempengaruhi kadar glukosa postprandial, toleransi glukosa, konsentrasi lipid dan absorpsi glukosa di saluran cerna. Secara invitro ditemukan bahwa CGA menghambat ambilan glukosa di saluran cerna dan meningkatkan sekresi insulin dari sel β pancreas, menunjukkaan CGA potensial dalam mempengaruhi postprandial glycemia (Bryans et al., 2007). Hasil percobaan pada tikus menunjukkan CGA mempengaruhi metabolisme glukosa dengan cara menurunkan gradient konsentrasi Na +, sehingga menurunkan ambilan glukosa oleh enterosit, dan menghambat aktifitas glukosa-6-fosfatase. CGA tidak mengalami modifikasi selama di lambung maupun usus halus. Namun, ketika

10 13 berada di caecum, CGA diubah menjadi caffeic acid oleh mikroflora yang ada. Di lambung, CGA mengalami absorpsi secara sempurna sehingga konsentrasi CGA ditemukan dalam gastric vein dan aorta tanpa mengalami konjugasi. Sesampainya di liver, CGA pun tidak mengalami modifikasi, sehingga CGA dapat langsung bekerja menghambat glukosa-6-fosfatase di sel hati. CGA juga menurunkan pelepasan glucose dependent-insulinotropic peptide (GIP) di bagian proksimal usus halus dan menurunkan absorpsi glukosa (Thom, 2007).