EVIDENCED BASE SUPLEMENTASI GANGLIOSIDA BAGI
PERKEMBANGAN KOGNITIF BAYI
Dida A. Gurnida
Divisi Gizi dan Penyakit Metabolik
Departemen Ilmu Kesehatan Anak Fakultas Kedokteran
Universitas Padjadjaran/Rumah Sakit Hasan Sadikin, Bandung
I. PENDAHULUAN
Gangliosida ditemukan pertama kali di dalam jaringan otak pada tahun 1942 oleh ilmuwan Jerman Erns Klenk.1-3 Gangliosida merupakan komponen utama membran sel, menyusun kira-kira 6% lipida membran pada subtansia grisea korteks serebri. Senyawa ini adalah komponen penting dari sisi reseptor spesifik ujung saraf tempat terikatnya molekul neurotransmiter selama transmisi kimiawi suatu impuls dari satu neuron ke neuron yang berdekatan. Gangliosida merupakan zat yang penting pada sel dan mempunyai berbagai fungsi biologis. Secara umum gangliosida berperan dalam pembentukan struktur dan fungsi sinaps, serta membantu proses transmisi neuron dengan cara menfasilitasi pengikatan molekul-molekul transmiter membran sinaps.
Beberapa lipid, termasuk gangliosida tidak dibentuk oleh tubuh sehingga harus mendapat asupan dari makanan.
ASI mengandung gangliosida yang kadarnya jauh lebih tinggi dibandingkan dengan air susu sapi. Gangliosida merupakan komponen bioaktif opsional, yaitu komponen yang bisa ditambahkan pada susu formula agar komposisinya menyerupai air susu ibu (ASI).
Penelitian-penelitian terbaru secara meyakinkan menyatakan bahwa gangliosida berperan pada proses anti inflamasi di usus3 dan berperan pada fungsi perkembangan kognitif.4
II. STRUKTUR DAN BENTUK GANGLIOSIDA
Gambar 1 Globul Lemak Susu
Keterangan:
A. Fraksi membran globul lemak susu
B. Globul terdiri dari inti droplet lemak yang dikelilingi oleh fosfolipid monolayerdanmembran bilayer
C. Distribusiadipophilinpada globul lemak susu Sumber: Keenan dan Patton8
Selama laktasi, gangliosida terutama berasal dari membran plasma apikal sel-sel sekretori apokrin di dalam kelenjar payudara.8
Keterangan: Asam sialat Glukosa
Galaktosda N-asetil galaktosamin (Gal Nac)
Gambar 2 Struktur Kimia Beberapa Gangliosida Sumber: Kooman dan Roehm9
III. DISTRIBUSI GANGLIOSIDA
IV. PERAN NUTRISI GANGLIOSIDA
Diet sfingolipid terdapat dalam daging, ikan, telur, dan susu,11 kuning telur mengandung 2,5 mg GM4, 8,5 mg GM3, dan 1,5 mg GD3.12Gangliosida juga
telah berhasil diisolasi dari hati ayam sekitar 330 nmol/g hati, dengan GM4dan
GM3 merupakan gangliosida utama utamanya.13 Tumbuh-tumbuhan bukan
merupakan sumber gangliosida karena tidak memiliki jalur metabolisme yang memadai untuk sintesis asam sialat.
Pan14 meneliti bahwa gangliosida pada ASI dapat terdeteksi secara kuantitatif pada volume 0,2-0,3 ml, sedangkan pada susu sapi dapat terdeteksi pada volume 0,4-0,6 ml.
Jumlah total gangliosida pada kolostrum ASI dan ASI matur pun berbeda, yaitu 9,51±1,16 mg LBSA/L dan 9,07 ± 1,15 mg LBSA/L. Beberapa susu formula untuk bayi saat ini telah dilengkapi dengan gangliosida, namun dengan kandungan yang berbeda-beda. Perbedaan kadar kandungan gangliosida pada susu formula tersebut sangat mungkin dipengaruhi oleh perbedaan spesies dan makanan sapi penghasil susu serta metode pembuatan susu formula.
Air susu sapi digunakan sebagai bahan dasar pembuatan susu formula karena distribusi gangliosida air susu sapi mirip dengan distribusi gangliosida dalam ASI, walaupun kandungan gangliosida air susu sapi lebih rendah. Berdasarkan ciri-ciri tersebut dan dengan mempertimbangkan peran potensial gangliosida dalam ASI, suplementasi gangliosida pada susu formula bisa berpengaruh pada fisiologis neonatus.5
V. DIGESTI DAN ABSORPSI
Gambar 3. Jalur Katabolisme Gangliosida Sumber: Gurr dkk.19
Gambar 4. Regulasi Biosintesis
Sumber: Spiegel dan Milstien22
VI. KEAMANAN DIET GANGLIOSIDA
kehidupan. Penelitian Gurnida 4 pada bayi usia 6 minggu–6 bulan juga menunjukkan bahwa tidak ada efek samping yang disebabkan suplemantasi gangliosida dalam susu formula terhadap pertumbuhan, perkembangan, dan kejadian sakit pada bayi.
VII. FUNGSI GANGLIOSIDA DALAM OTAK
Gangliosida berkaitan dengan migrasi, pertumbuhan, perkembangan dan maturasi sel saraf, serta diperlukan dalam area perpanjangan membran untuk pertumbuhan akson dan dendrit dalam meningkatkan pembentukan sel saraf dan sinaps. Gangliosida juga terlibat dalam proses pembentukan mielin dan dalam mempertahankan integritas akson dan mielin, serta dapat mempengaruhi sel saraf seperti dalam transmisi sinaps, proses neurotransmiter, dan penyimpanan informasi. Defisiensi gangliosida akan menyebabkan kehilangan neurit dalam jumlah yang banyak.10
VIII. TRANSMISI SINAPS
intraselular dan signal cascades, sehingga menyebabkan pelepasan neurotransmiter kedalam sinaps. Neurotransmiter akan melintasi sinaps menuju ke membran postsinaptik dan kemudian berikatan dengan reseptor-reseptor yang lebih spesifik. Ikatan ini akan menghasilkan suatu influks dari ion-ion natrium kedalam sel postsinaps dan depolarisasi postsinaps lokal. Pada presinaps, potensial istirahat akan dikembalikan saat transmiter diturunkan, ion-ion kalsium dikembalikan ke ruang ekstraselular oleh ganglioside-modulated Ca++-ATP-ase, dantigth membraneyang dibentuk oleh interaksi antara ion-ion kalsium dan gangliosida diperbaharui.29
Gambar 5. Proses Transmisi Sinaps Sumber: Rahman29
IX. PENELUSURAN LITERATUR
delapan penelitian yang dilakukan pada binatang percobaan (hanya satu penelitian eksperimental pada mencit 10,35 serta pada piglets36 yang bertujuan untuk menguji efek suplementasi gangliosida dalam formula makanan terhadap peningkatan kemampuan belajar dan memori/daya ingat).
Hasilnya menunjukkan bahwa prestasi belajar dan daya ingat yang dinilai dengan penggunaan isyarat visual berbeda bermakna (p<0,01) pada kedua penelitian tersebut (kelompok yang diberi formula makanan suplementasi gangliosida melakukan lebih sedikit kesalahan dibanding dengan kelompok kontrol.
Terdapat tiga penelitian yang sudah dilakukan pada manusia, tetapi hanya satu penelitian yang berkaitan dengan fungsi perkembangan kognitif bayi.4
Penelitian pertama pada manusia berupa penelitian eksperimental yang bertujuan untuk menguji pengaruh suplementasi gangliosida pada susu formula terhadap mikroflora feces bayi prematur. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah koloni E.coli dalam tinja bayi prematur yang mendapat susu formula yang ditambahkan gangliosida lebih rendah dibandingkan dengan bayi yang hanya mendapat susu formula tanpa suplementasi (p<0,01). Sebaliknya jumlah koloni Bifidobacteria ditemukan lebih banyak pada bayi yang mendapat susu dengan tambahan gangliosida dan ASI, terutama sampai usia 30 hari.
Kesimpulan gangliosida pada ASI menghambat enterotoksin dari Eschericia coli (E.coli) dan Vibrio cholera (V.cholera) dan terlibat sebagai reseptor yang menghambat toksin cholera dan E. coli.37
Penelitian kedua pada manusia berupa penelitian belah lintang yang bertujuan untuk membandingkan konsentrasi asam sialat yang terdapat dalam lobus frontal otak pada bayi yang mendapat ASI eksklusif dan bayi yang mendapat susu formula. Hasil penelitian menunjukkan: Konsentrasi rata-rata asam sialat dan gangliosida pada bayi yang mendapat ASI (32%) lebih tinggi dibandingkan dengan bayi yang mendapat susu formula (22%) (p<0,01).10
Gurnida dkk.4 pada tahun 2009 meneliti sejauh mana pengaruh pemberian susu yang disuplementasi gangliosida terhadap perkembangan kognitif bayi.
Penelitian ini berupa penelitian eksperimental yang bertujuan untuk menilai dan menentukan perbedaan fungsi perkembangan kognitif pada bayi usia 6 bulan yang diberi susu formula tanpa suplementasi gangliosida dan yang diberi susu formula disuplementasi gangliosida sebesar 530 µg/100 mL.
Diteliti lima puluh sembilan subjek yang sudah tidak mendapat ASI dan memenuhi kriteria penelitian dibagi menjadi dua kelompok, menggunakan double blind randomized clinical trial yaitu 30 bayi mendapat susu formula tanpa suplementasi gangliosida dan 29 bayi mendapat susu formula disuplementasi gangliosida.
mendapat suplementasi vs tanpa suplementasi, p=0,002) dan berpengaruh terhadap fungsi perkembangan kognitif (p=0,035).
X. KESIMPULAN
Suplementasi gangliosida dalam susu formula mempengaruhi fungsi perkembangan kognitif menyerupai pada bayi yang diberi ASI. Gangliosida berperan pada fungsi perkembangan kognitif.
XI. DAFTAR PUSTAKA
1. Fishman P, Brady R. Biosynthesis and function of gangliosides. Science. 1976;194(4260):906-15.
2. Christie W. Gangliosides structure, occurence, biology and analysis [diunduh 1 November 2007]. Tersedia dari: http://www.lipidlibrary.co.uk 3. Ledeen R, Wu G, Lu Z, Kozireski-Chuback D, Fang Y. The role of GM1
and other gangliosides in neuronal differentiation. Annals New York Academic of Sciences. 1998;845:161-75.
4. Gurnida DA. Optimizing Cognitive Development Function Among 6-Months-Old Infants with Supplementation of Ganglioside In Infant Formula. Disertasi. Bandung: Unpad; 2009.
5. Rueda R, Puente R, Hueso R, Maldonado J, Gil A. New data on content and distribution of gangliosides in human milk. Biol Chem Hoppe Seyler. 1995;376:723-7.
6. Rueda R, Maldonado J, Narbona E, Gil A. Neonatal ditary gangliosides. Early Human Development. 1998;53:S135-47.
7. Lars B, Beermann C, Mank M, Kohn G, Boehm G. Human and bovine milk gangliosides differ in their fatty acid composition. J Nutr. 2004;134:3016-20.
8. Keenan T, Patton S. The structure of milk: the milk lipid globul membran. Dalam: RG J (penyunting). Handbook of milk composition. San Diego: Academic Press. 1995. h. 5-44.
9. Koolman J, Roehm K. Color atlas of biochemestry. Edisi ke-2. Stutgard-New York: Thieme; 2004. h. 47.
10. Wang B, Veagh P, Brand-Miller J. Brain ganglioside and glycoprotein sialic acid in breastfed compares with formula fed infants. Eur J Clin Nutr. 2003;57:1351-69.
12. Li S, Chien J, Wan C, Li T. Occurrence of glycosphingolipids in chicken egg yolk. J Biochem. 1978;173:697-9.
13. Shiraishi T, Uda Y. Characterization of neutral sphingolipids and gangliosides from chicken liver. J Biochem. 1986;100:553-61.
14. Penland J. Behavioural data and methodology issues in studies of zinc nutrition in humans. J Nutr. 2000;130:361s-4.
15. Nilsson A. Metabolism of sphingomyelin in the intestinal tract of the rat. Biochemica et Biophysica Acta 1968; 164:575-84.
16. Nilsson A. The presence of sphingomyelin- and ceramide-cleaving enzymes in the small intestinal tract. Biochemica et Biophysica Acta. 1969;176:339-47.
17. Nilsson A, Hertervig E, Duan R. Digestion and absorption of sphingolipids in food. Dalam: Szuhaj B, van Niewenhuyzen W (penyunting). Nutrition and biochemistry of phospholipids.Champaign, IL: AOCS Press; 2003. h. 70-9.
18. Merrill A, Schmelz E, Dillehay D, Spiegel S, Shayman J. Sphingolipids-The enigmatic lipid class: biochemistry, physiology and pathophysiology. Toxicol Applied Phamacol. 1997;142:208-25.
19. Gurr M, Harwood J, Frayn K. Lipid biochemistry. Edisi ke-5. USA: Blackwell Science Inc; 2005.
20. Idota T. Sialylated compounds in human milk and their physiological significance in infants. Snow Brand R&D Reports. 1996; 86:1-55.
21. Nakano T, Sugawara M, Kawakami H. Sialic acid in human milk: composition and functions. Acta Paediatrica. 2000;42:11-7.
22. Spiegel S, Milstien S. Important regulator S1P enzymes. Nature Reviews Molecular Cell Biol. 2003;4:397-407.
23. Park E, Suh M, Ramanujam K, Steiner K, Begg D. Diet changes in membrane gangliosides in rat intestinal mucosa, plasma and brain. J Ped Gastroenterol Nutr. 2005;40:487-95.
24. Ladislas C, Marco T, Susan T, Alvin B. Characterization and biological activity of gangliosides in buffalo milk. Biochimica et Biophysica Acta. 2003;1631:94-106.
25. Hodgkinson S, Vickers M, Rowan A, McJarrow P. Effect of dietary supplementation with a ganglioside composition from bovine milk on growth and behavioral parameters in normal young rats. 3rd Asian Congress of Pediatric Nutrition. Beijing 2007.
26. Svennerholm L. Gangliosides and synaptic transmission Advances in Experimental Med Biol. 1980;125:533-44.
28. Spoerri P, Dozier A, Roisen F. Calcium regulation of neuronal differentiation: the role of calcium in GM1-mediated neuritogenesis J Neurochem. 1990;56:177-88.
29. Rahmann H. Brain Gangliosides and Memory Formation. Behavioural Brain Gangliosides, Choline and Memory Research. 1995;66:105-16. 30. Birch E, Hoffman D, Uauy R, Birch D, Prestidge C. Visual acuity and the
essentiality of docosahexaenoic acid and arachidonic acid in the diet of term infants. Pediatr Res. 1988;44:201-9.
31. Mei Z, Zheng J. Effects of exogenous gangliosides on learning and memory in rats. Jap J Physiol. 1993;43:5295-9.
32. American Academy of Pediatrics. Breastfeeding and the use of human milk. Pediatrics. 2005;115:496-506.
33. World Health Organization/UNICEF. Global strategy for infant and young child feeding. Geneva: WHO; 2002.
34. Merril R, Sahdoff K. Sphiongolipids: metabolism and cell signalling. Dalam: Vance D, Vance J (penyunting). Biochemistry of lipids, lipoproteins and membranes. Edisi ke-4. New York: Elsevier; 2000:87-95. 35. Gartner L, Morton J, RA L. Breastfeeding and the use of human milk.
Pediatrics. 2005;115:496-506.
36. Wang B, Yu B, Karim M, Sun HY, McGreevy P, Petooz P, dkk. Dietary sialic acid supplementation impro ves learning and memory in piglets. Am J Clin Nutr. 2007;85:561-9.
