Garam mineral bertanggung jawab untuk berbagai fungsi struktural yang melibatkan kerangka dan jaringan serta fungsi regulasi termasuk transmisi neuromuskular, pembekuan darah, transportasi oksigen, dan aktivitas enzimatik. Mineral seperti kalsium, fosfor, dan magnesium dibutuhkan dalam jumlah yang relatif besar dan ditetapkan sebagai makromineral.

Berikut unsur garam dan ion-ion anorganik yang memiliki peran penting untuk berbagai fungsi fisiologis tubuh manusia:

Kalsium

Kalsium adalah mineral yang paling melimpah dalam tubuh manusia yaitu sebesar 1,5-2% (1.200 g) dari total berat badan. Lebih dari 99% kalsium ditemukan pada tulang. Semua hewan memiliki mekanisme untuk mempertahankan konsentrasi kalsium seluler dan ekstraseluler konstan. Mekanisme ini sangat penting untuk kelangsungan hidup selama defisiensi kalsium atau kehilangan kalsium dengan mendemineralisasi tulang untuk mencegah hipokalsemia, Tulang berperan sebagai jaringan fisiologis vital yang menyediakan sumber kalsium yang tersedia untuk pemeliharaan kadar kalsium plasma normal, 50% di antaranya terionisasi dan aktif secara fisiologis.

Saat pembentukan tulang, kalsium dalam makanan atau minuman dibutuhkan dalam jumlah besar. Jika diet kalsium tidak mencukupi selama pembentukan tulang, pertumbuhan linier akan terhambat dan massa tulang optimal mungkin tidak tercapai. Ketika penyerapan usus terganggu atau kehilangan berlebihan terjadi, konsentrasi serum ion kalsium (Ca2+) dapat dipertahankan pada tingkat normal dengan mengorbankan kalsium tulang melalui demineralisasi.

Tulang adalah jaringan yang aktif secara metabolik yang terus mengalami turning over. Proses ini diatur oleh aktivitas seluler tulang yang berfungsi menyerap (osteoklastik) dan membentuk (osteoblastik). Pada proses seluler di tulang, kalsium, fosfor, dan magnesium berperan lebih pasif dalam setiap perubahan massa yang terjadi di tulang. Unsur-unsur berada pada konsentrasi fisiologis dalam cairan ekstraseluler agar mineralisasi tulang terjadi secara normal. Mineral pada makanan berkontribusi pada keadaan fisiologis ini dengan membantu menggantikan mineral yang telah hilang melalui proses ekskresi. Peningkatan akut kalsium serum meningkatkan risiko tekanan darah. Hiperkalsemia kronis akibat hiperparatiroidisme primer sering disertai dengan hipertensi yang bersifat reversibel, misalnya dengan mengeliminasi jaringan paratiroid yang abnormal. 

Gangguan penyerapan kalsium usus dan kemampuan untuk beradaptasi dengan diet rendah kalsium sering terjadi pada wanita pascamenopause dan orang lanjut usia. Meskipun patogenesis kelainan ini masih kontroversial, tetapi bukti menunjukkan bahwa kelainan ini mungkin disebabkan oleh penurunan fungsional kemampuan ginjal untuk memproduksi metabolit aktif biologis utama vitamin D-1,25-dihidroksi (vitamin D). Temuan terbaru bahwa kadar hormon paratiroid imunoreaktif serum dan hormon paratiroid bioaktif meningkat seiring bertambahnya usia menyiratkan bahwa gangguan dalam penyerapan kalsium ini menghasilkan tingkat hipokalsemia yang cukup untuk menginduksi hiperparatiroidisme kronis (hiperparatiroidisme sekunder). Hiperparatiroidisme mampu meningkatkan laju remodeling tulang yang tinggi sehingga risiko percepatan pengeroposan tulang setiap kali ketidakseimbangan intrinsik terjadi yang mendukung proses resorpsi daripada pembentukan tulang.

Penurunan kadar estrogen merupakan faktor risiko osteoporosis. Terapi penggantian estrogen mampu membantu mengurangi hilangnya massa tulang yang berhubungan dengan ooforektomi dan secara nyata mengurangi risiko patah tulang pinggul dan tulang belakang. Masih belum jelas apakah penambahan suplemen kalsium pada terapi penggantian hormon menghasilkan manfaat tambahan.

Fosfor

Fosfor juga merupakan mineral yang sangat penting untuk kalsifikasi tulang (85% fosfor tubuh terletak di kerangka). Sisa fosfor tubuh dibutuhkan dalam jaringan lain sebagai kofaktor dalam berbagai sistem enzim yang penting dalam metabolisme karbohidrat, lipid, dan protein. Dalam bentuk senyawa fosfat berenergi tinggi, fosfor berkontribusi pada potensi metabolisme. Ion fosfat juga memainkan peran penting dalam keseimbangan asam/basa.

Dalam cairan biologis, fosfat berbentuk sebagai ion fosfat. Pada sel, fosfat merupakan bagian penting dari banyak senyawa pendukung kehidupan, seperti fosfolipid, fosfoprotein, dan asam nukleat; utusan kedua hormonal, siklik adenosin monofosfat, siklik guanin monofosfat, dan polifosfat inositol; dan 2,3-difosfogliserat, yang merupakan regulator pelepasan oksigen oleh hemoglobin. Fosfor juga merupakan gudang energi metabolik dalam bentuk ikatan fosfat berenergi tinggi, pengatur alosterik banyak enzim, dan komponen aktif dalam banyak sistem buffer fisiologis. Konsentrasi serum fosfat berfungsi sebagai salah satu pengatur laju produksi vitamin D atau 1,25(OH)2D3 pada ginjal.

Hipofosfatemia adalah komplikasi serius akibat banyak gangguan medis (misalnya, alkoholisme akut) namun hanya terjadi di bawah kondisi nutrisi yang buruk. Manifestasi klinis utama dari hipofosfatemia sedang kronis adalah mineralisasi tulang cacat yang menyerupai osteomalacia. Hipofosfatemia berat dapat menyebabkan sindrom yang mengancam nyawa penderita yang mencakup disfungsi sel darah, otot, hati, dan sistem saraf pusat dan perifer.

Magnesium

Dari total magnesium tubuh, 60-65% ditemukan di tulang dan 27% terletak di otot. Magnesium merupakan kation kedua setelah kalium sebagai kation yang paling dominan di dalam sel. Magnesium berperan penting dalam pemeliharaan tekanan osmotik, aktivasi enzim, aktivitas otot, metabolisme energi, stabilisasi fungsi saraf, dan pemeliharaan struktur tulang.

Hipomagnesemia terjadi akibat penurunan absorpsi magnesium di usus atau karena peningkatan ekskresi ginjal. Penyakit ini jarang terjadi sebagai defisiensi diet dan lebih sering dikaitkan dengan defisiensi nutrisi umum yang parah. Defisiensi nutrisi tersebut antara lain akibat sindrom malabsorpsi usus, muntah berlebihan, diare parah, cacat genetik pada ginjal, diabetes, dan penggunaan terapi diuretik berkepanjangan. Hipomagnesemia berat (kadar Mg serum <1,0 mg/dL) dapat menyebabkan aritmia jantung, spasme koroner, hipokalsemia, kalium darah rendah, perubahan status mental, kejang, anoreksia, dan kelemahan. Magnesium adalah inhibitor kontraksi otot polos pembuluh darah dengan menurunkan resistensi pembuluh darah perifer dan sebagai vasodilator dapat berperan dalam regulasi tekanan darah. 

Natrium

Natrium adalah kation utama cairan ekstraseluler tubuh manusia dan hewan. Kandungan natrium tubuh rata-rata pada pria dewasa berkisar 92 g dan 50% beradapa pada cairan ekstraseluler pada konsentrasi 135–145 mmol/L. Sebanyak 11 g natrium tubuh berada dalam cairan intraseluler dengan konsentrasi 10 mmol/L.Kerangka tubuh menempati urutan kedua dengan jumlah natrium terbesar yaitu sebesar 35 g. Gradien konsentrasi antara cairan ekstraseluler dan intraseluler dipertahankan oleh aktivitas pompa natrium-kalium melawan gradien konsentrasi dengan energi dari ATP. 

Natrium adalah mineral makro yang diketahui penting saat ini, namun ternyata jarang dikonsumsi dan didistribusikan di kehidupan manusia masa lalu. Defisiensi natrium dapat memicu aktivasi sistem hormonal dan sistem saraf untuk menimbulkan keinginan untuk zat asin atau makanan asin untuk dikonsumsi. Natrium diserap di usus halus melintasi membran brush border enterosit melalui sodium-glucose cotransporter 1 (SGLT1). Natrium kemudian diangkut keluar dari enterosit ke dalam aliran darah melintasi membran basolateral melalui pompa natrium-kalium atau ATPase. Keseimbangan natrium dan air berhubungan erat dan dipertahankan oleh ginjal. 

Natrium adalah nutrien penting yang terlibat dalam pemeliharaan homeostasis seluler normal dan dalam pengaturan keseimbangan cairan tubuh, elektrolit dan tekanan darah. Unsur ini memiliki peran sangat penting untuk mempertahankan volume cairan ekstraseluler melalui aksi osmosis.

Tubuh mempertahankan homeostasis cairan tubuh dengan mengatur distribusi dan konsentrasi air dan natrium. Setiap hewan menghadapi tantangan yang berbeda untuk kebutuhan air dan kandungan natrium tergantung pada lingkungan tempat mereka hidup. Pada hewan yang hidup di lingkungan berair, distribusi dan jenis ion pada ruang intraseluler dan ekstraseluler bergantung pada apakah di lingkungan air tersebut tawar atau asin. Hewan air dapat bersifat osmokonformer dan/atau osmoregulator bergantung osmolalitas lingkungan air tersebut. Pada umumnya, hewan darat adalah osmoregulator yang terus-menerus kehilangan air tubuh dan natrium melalui proses fisiologis normal dan kondisi lingkungan, termasuk manusia. Untuk mengisi kembali air dan natrium yang hilang, hewan darat mengembangkan perilaku fisiologi yang disebut haus dan nafsu makanan asin (mengandung natrium). Defisiensi natrium mampu menggeser nilai hedonis garam dari stimulus negatif (permusuhan) menjadi positif (penghargaan). 

Berbeda dengan hewan yang konsumsi garam natrium bersifat remedial, kondisi ini tidak ditemukan pada manusia. Bukan kebetulan rasa asin pada lidah adalah perasa unik di antara reseptor rasa karena hanya didedikasikan untuk satu ion natrium (Na). Natrium merupakan satu-satunya molekul rasa atau ion berasa yang terdapat pada manusia atau hewan. Reseptor rasa garam dan beberapa reseptor lain juga memediasi beberapa efek pada rasa lain melalui aktivitas saraf perifer (oral) atau otak, sehingga defisiensi natrium dapat mengganggu sensasi rasa lainnya.

Defisiensi Na pada makanan merupakan peristiwa yang cukup jarang terjadi. Kondisi hiponatremia atau defisiensi Na sering terjadi pada orang-orang yang diinstitusikan atau dirawat yang mengalami masalah pada cairan tubuh dan elektrolit. Hiponatremia juga sering terjadi apabila beraktivitas fisik secara berlebihan yang disebabkan oleh ekskresi keringat atau overhidrasi. 

Gejala hiponatremia berhubungan dengan tingkat keparahan dan seberapa cepat deplesi konsentrasi natrium plasma terjadi. Penurunan konsentrasi natrium plasma menciptakan gradien osmotik antara cairan ekstraseluler dan intraseluler di sel otak. Hal ini menyebabkan pergerakan air masuk ke dalam sel sehingga yang meningkatkan volume intraseluler dan mengakibatkan edema jaringan. Peristiwa seperti ini menyebabkan peningkatan tekanan intrakranial dan munculnya gangguan neurologis. Orang dengan hiponatremia ringan (natrium plasma 130-135 mmol/L) biasanya tidak menunjukkan gejala. Mual dan rasa tidak enak tampak ketika konsentrasi natrium plasma turun di bawah 125-130 mmol/L. Selain itu, gejala seperti sakit kepala, lesu, gelisah, dan disorientasi juga dapat muncul ketika konsentrasi natrium turun di bawah 115-120 mmol/L. Pada kondisi tubuh normal, otak akan berusaha meregulasi fisiologi sendiri untuk mencegah pembengkakan selama berjam-jam hingga berhari-hari. Hiponatremia yang parah bahkan dapat mengancam nyawa penderita.

Kalium

Sebagian besar kalium makanan diserap di usus kecil melalui transpor pasif. Ginjal mempertahankan homeostasis kalium. Sekitar 90% dari kalium yang dikonsumsi diekskresikan dalam urin, dengan jumlah kecil yang tersisa diekskresikan dalam tinja dan keringat. Sebagian besar kandungan kalium dalam tubuh ditemukan di ruang intraseluler otot rangka.

Homeostasis kalium melibatkan distribusi kalium antara cairan ekstraseluler dan intraseluler. Kontrol pergerakan kalium dari ruang intraseluler ke ekstraseluler adalah salah satu cara agar keseimbangan kalium tubuh tetap terjaga. Tubuh memiliki cara untuk menjaga keseimbangan ini misalnya, ketika kalium hilang melalui sistem ginjal, tubuh mendorong keluar kalium sel untuk mencegah penurunan kadar kalium plasma. Asupan kalium, ekskresi ginjal, kehilangan melalui saluran pencernaan sangat penting dalam homeostasis kalium. Homeostasis kalium tersebut sangat dipengaruhi oleh aktivitas pompa natrium dan kalium (Na+-K+-ATPase) yang memfasilitasi transpor aktif ion natrium dan kalium melintasi membran sel melawan gradien konsentrasinya.

Sebanding dengan natrium, kalium juga berperan mengatur keseimbangan air dan keseimbangan asam-basa dalam darah dan jaringan. Selain itu, kalium berperan penting dalam transmisi impuls listrik di jantung. Transpor aktif kalium ke dalam dan ke luar sel sangat penting untuk fungsi kardiovaskuler dan saraf.

Klorida

Klorida (Cl−) adalah anion dominan dalam cairan intraseluler dan salah satu anion ekstraseluler yang paling penting. Klorida berkontribusi pada banyak fungsi tubuh termasuk pemeliharaan keseimbangan osmotik dan asam-basa, aktivitas otot dan saraf, dan pergerakan air dan zat terlarut diantara kompartemen cairan. Defisiensi klorida diet jarang terjadi. Sebagai komponen garam umum bersamaan dengan natrium, klorida ditambahkan selama pengolahan makanan industri, penggunaan diskresioner atau pengawetan makanan.

Pada orang sehat, klorida diserap secara efisien di usus. Setelah penyerapan, anion klorida diangkut secara bebas dalam darah, dimana konsentrasinya dipertahankan dalam kisaran yang sempit. Penyerapan klorida terjadi di lumen usus halus melalui tiga mekanisme berbeda: secara paraseluler melalui transpor pasif, penggabungan penukar Na+/H+ dan Cl−/HCO3−, dan absorpsi Cl− yang bergantung pada HCO3. Ginjal berperan dalam mengatur konsentrasi klorida. Sekitar 99% klorida direabsorbsi di tubulus proksimal ginjal baik secara paraseluler maupun trans-seluler melalui pertukaran Cl−/HCO3−. Ekskresi klorida melalui ginjal digabungkan dengan natrium dan kalium. Pengaturan keseluruhan keseimbangan klorida terkait dengan natrium melalui kontrol hormonal oleh sistem renin-angiotensin-aldosteron dan kortisol.

Besi

Zat besi yang dikonsumsi dari makanan dapat hadir dalam dua bentuk: zat besi heme dan nonheme. Sekitar 90% zat besi makanan yang dikonsumsi terdiri dari zat besi nonheme, kecuali makanan hewani berdaging. Besi diserap di usus kecil di duodenum. Mengingat besi nonheme sering hadir dalam bentuk besi ferric, molekul tersebut harus direduksi menjadi bentuk ferrous sebelum diserap oleh enterosit dengan enzim reduktase besi DCYTB. 

Besi yang diserap kemudian disimpan di hati yang berikatan dengan feritin, di mana ia dapat dipindahkan ke sumsum tulang untuk proses eritropoiesis atau pembentukan sel darah merah. Makrofag dalam sistem retikuloendotelial hati, limpa, dan sumsum tulang dapat menelan sel darah merah tua untuk mendaur ulang zat besi untuk disimpan di hati. Tidak ada sistem ekskresi khusus untuk besi oleh tubuh manusia. Kehilangan zat besi hanya dapat terjadi akibat pengelupasan sel-sel epitel kulit dan saluran pencernaan, kehilangan darah, atau gangguan saluran pencernaan.

Berikut merupakan Assay kit dari Elabscience yang dapat digunakan untuk mengukur kadar ion anorganik pada tubuh manusia:

Tabel 1. Assay Kit untuk pengujian ion-ion anorganik.

DAFTAR PUSTAKA

1. Morris AL, Mohiuddin SS. 2021. Biochemistry, Nutrients. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL). [link]
2. National Research Council (US) Subcommittee on the Tenth Edition of the Recommended Dietary Allowances. 1989. Water and Electrolytes. In: Recommended Dietary Allowances: 10th Edition. Washington (DC): National Academies Press (US). [link]
3. Hurley SW, Johnson AK. 2015. The biopsychology of salt hunger and sodium deficiency. Pflugers Archiv : European journal of physiology. 467(3):445-456. [link]
4. Leshem M.2020. Salt need needs investigation. The British Journal of Nutrition. 123(11): 1312-1320. [link]
5. Reynolds RM, Padfield PL, Seckl JR. 2006. Disorders of sodium balance. BMJ. 332(7543): 702-5. [link]
6. Strazzullo P, Leclercq C. 2014. Sodium. Advances in nutrition. 5(2): 188–190. [link]
7. National Research Council (US) Committee on Diet and Health. 1989. Minerals. In: Diet and Health: Implications for Reducing Chronic Disease Risk. Washington (DC): National Academies Press (US). [link]