Untuk memenuhi kebutuhan metabolik otot rangka selama olahraga, dua penyesuaian utama dari aliran darah harus muncul.
Pertama, meningkatnya cardiac output jantung. Kedua, aliran darah dari organ
dan jaringan inaktif harus diredistribusi ke
otot rangka yang aktif.
Olahraga menimbulkan beberapa respon tubuh
terhadap stress fisik yang dilakukan. Respon tersebut
termasuk peningkatan HR, BP, SV, cardiac output, ventilasi dan VO2.
Cardiac cycle (siklus
jantung)
Siklus jantung dibagi menjadi 2 fase, yaitu diastole ventrikel dan sistole ventrikel. Perbedaan tekanan sistolik dan diastolik disebut pulse
pressure. Tekanan rata-rata selama siklus jantung ini disebut mean arterial pressure (MAP). MAP
menentukan kisaran aliran darah ke sirkulasi sistemik.
Selama istirahat, MAP= diastolic BP + (0,33 x pulse pressure). Contohnya, MAP= 80 +
(0,33 x [120-80]), jadi MAP= 93 mmHg.
Selama olahraga, MAP= diastolic BP + (0,50 x pulse pressure). Contohnya, MAP= 80 +
(0.50 x [160-80]), MAP= 120 mmHg.
Kontrol dari cardiac output
(HR)
Denyut jantung (Heart rate=HR) dikontrol oleh dua sistem
saraf, yaitu parasimpatik dan
simpatik. Saraf parasimpatik mengeluarkan Ach dan menurunkan HR, sedangan saraf
simpatik melepaskan norepinefrin dan meningkatkan HR. Saat istirahat, stimulasi saraf simpatik dan parasimpatik
dalam keadaan seimbang. Selama olahraga, stimulasi parasimpatik menurun dan
stimulasi simpatik meningkat.
Kontrol dari cardiac output (SV)
Stroke
volume (SV) dikontrol oleh volume
akhir diastolik, tekanan darah rata-rata aorta dan kekuatan kontraksi ventrikel. Volume
akhir diastolik = jika volume akhir
diastolik meningkat,
SV juga meningkat. Dengan meningkatnya volume
akhir diastolik, peregangan ringan pada serat otot jantung akan meningkatkan kekuatan
kontraksinya.
Tekanan
darah rata-rata aorta= BP pada aorta merepresentasikan barrier/tahanan dari darah yang
dikeluarkan jantung. SV berbanding terbalik secara proporsional dengan BP
aorta. Selama olahraga, tekanan darah rata-rata aorta menurun sehingga meningkatkan
SV.
Kekuatan kontraksi ventrikel= epinefrin dan norepinefrin dapat meningkatkan kontraktilitas jantung dengan meningkatkan konsentrasi
kalsium pada serat otot jantung. Epinefrin dan norepinefrin memudahkan masukan
kalsium yang lebih besar melalui kanal kasium di membran serat otot jantung.
Hal ini membuat interaksi yang lebih besar dari aktin dan myosin dan
meningkatkan kekuatan produksi.
Kontrol cardiac output
(venous return)
Venokonstriksi muncul sebagai respon dari stimulasi
sistem saraf simpatis. Stimulasi simpatik
mengkonstriksikan vena yang mengalir dari otot rangka. Hal ini menyebabkan
lebih banyak darah mengalir kembali ke jantung.
Pompa otot adalah kontraksi ritmis dan relaksasi
dari otot rangka yang mengkompresi/menekan vena dan karena itu mengeringkan
otot rangka. Hal ini menyebabkan aliran darah kembali ke jantung yang lebih
besar. Pompa otot sangat penting, baik selama
kondisi relaksasi ataupun olahraga.
Selama olahraga, pompa respiratori membantu meningkatkan
venous return. Tekanan pada dada menurun dan tekanan
di abdomen meningkat dengan inhalasi, dan karena
itu memfasilitasi darah mengalir kembali ke jantung. Karena meningkatnya respiratory rate dan kedalaman bernapas
selama olahraga, hal ini adalah cara yang efektif
untuk meningkatkan venous return.
Hemodinamik
Aliran darah sistemik berefek pada hemodinamik.
Kontrol dari aliran darah selama olahraga sangat penting untuk memastikan bahwa
darah dan oksigen
ditransportasikan ke jaringan-jaringan yang paling membutuhkannya. Aliran darah
ke jaringan tergantung dari hubungan antara BP dan tahanan pembuluh darah.
Aliran darah saat istirahat sama dengan perubahan
tekanan dibagi dengan tahanan pembuluh darah. Aliran
darah selama olahraga diatur dengan merubah BP dan menganggu tahanan perifer
dari pembuluh darah.
Selama olahraga, BP meningkat sehingga aliran
darah ke seluruh tubuh juga meningkat. Aliran darah juga meningkat pada saat
olahraga dengan menurunkan tahanan pembuluh darah pada sirkulasi sistemik dari
otot rangka yang aktif. Tahanan ditentukan dengan
rumus:
Resistance = (length of tube X viscosity of blood)/radius
Merubah radius pembuluh darah memiliki efek paling kuat dalam mempengaruhi
aliran darah. Arteriol mempunyai kontrol paling kuat terhadap aliran darah pada
sirkulasi sistemik.
Perubahan penyaluran
oksigen ke otot selama olahraga
BP meningkat seiring dengan meningkatnya intensitas
olahraga, meningkat dari sekitar 120 mmHg ke sekitar 200 mmHg. SV meningkat selama olahraga sampai 40% dari VO2
maksimal (level uptake oksigen maksimum) tercapai, meningkat
dari rata-rata 80 mL/denyut sampai rata-rata 120 mL/denyut. HR meningkat dengan intensitas sampai VO2
maksimal tercapai, meningkat dari rata-rata 70 denyut/menit sampai rata-rata
200 denyut/menit.
Cardiac output meningkat dengan intensitas sampai
VO2 maksimal tercapai, meningkat dari rata-rata 5 L/menit sampai rata-rata 25-30 L/menit. Perbedaan oksigen arteri-vena adalah jumlah
oksigen yang diekstraksi dari darah selama melewati dinding kapiler. Perbedaan
tersebut meningkat dari rata-rata 4mL
oksigen/100mL darah saat istirahat menjadi rata-rata 18mL okseigen/100mL darah
selama olahraga aerobic intensitas tinggi.
Redistribusi aliran darah
selama olahraga
Saat istirahat, 15-20% darah menuju ke otot rangka. Selama olahraga, jumlah ini meningkat
menjadi 80-85%. Persentase darah ke otak berkurang, tetapi jumlah absolutnya
meningkat. Persentase darah yang sama menuju ke otot jantung, tetapi jumlah
absolutnya meningkat. Aliran darah ke jaringan
visceral dan otot rangka inaktif menurun. Sebagai tambahan, aliran darah
kutaneus awalnya menurun, tetapi belakangan meningkat karena rangkaian olahraga
tersebut.
Redistribusi darah disebabkan oleh beberapa
mekanisme. Selama olahraga, vasodilatasi general muncul karena akumulasi dari
metabolit vasodilatorik. Hal ini menyebabkan menurunnya tahanan perifer, yang
sebagai gantinya, meningkatkan secara kuat
aktivitas simpatik melalui aktivasi baroreseptor. Meningkatnya aktivitas
simpatis menyebabkan vasokontriksi di organ visceral, dimana vasodilatasi
didominasi di pembuluh darah otot dan sirkulasi koronaria karena metabolit
vasodilatorik lokal. Pembuluh darah kutaneus
awalnya berespon pada aktivitas simpatik dengan vasokontriksi. Seiring dengan
berjalannya olahraga, reflex temperature diaktifkan dan menyebabkan
vasodilatasi kutaneus untuk mengurangi produksi panas oleh aktivitas otot.
Hasilnya adalah meningkatnya aliran darah kutaneus.
Regulasi aliran darah di
tingkat lokal
Aliran darah lokal dikontrol oleh faktor kimia, metabolit, parakrin, faktor fisik seperti dingin atau panas, efek peregangan pada
membran endotel, hyperemia aktif, dan hyperemia reaktif. Regulasi parakrin
utamanya diatur oleh nitrit oksida, pelepasan histamine dan prostacyclin.
Nitrit oksida masuk ke otot polos dan menyebabkan vasodilatasi dengan
menurunkan masukan kalsium ke otot polos.
Regulasi fungsi
kardiovaskular
HR dan aliran darah dikontrol oleh berbagai pusat
di otak. Pusat-pusat ini menerima input dari reseptor yang
ada di seluruh tubuh. Pusat tersebut bekerja untuk menginisiasi respon yang
tepat dari jaringan dan organ di tubuh. Olahraga aerobik membutuhkan oksigen
untuk membuat energi dari bahan bakar seperti glukosa
atau glikogen. Hasil olahraga aerobik adalah tidak terbentuknya
asam laktat sebagai hasil metabolisme. Olahraga
meningkatkan
kemampuan tubuh, khususnya sel-sel otot, untuk membawa oksigen dengan lebih
baik.
Cardiac output adalah penentu utama dari uptake
oksigen. VO2 maksimal menurun seiring usia seperti maksimum HR yang
juga menurun. Olahraga
menyebabkan
jantung lebih efisien dan meningkatkan SV maksimum. Saat SV maksimum meningkat,
jantung dapat bekerja dengan lebih efisien dengan
pulse rate yang relatif sama.
Perubahan jantung
mengikuti latihan
SV dari laki-laki yang tidak berlatih sekitar
100-120 mL/denyut/menit. Untuk laki-laki yang berlatih, nilanya adalah 150-170
mL/denyut/menit. Untuk atlet yang berlatih rutin dan keras, SV maksimal bisa mencapai atau bahkan melebihi 200
mL/denyut/menit. Pada wanita, nilai ini lebih rendah. SV maksimal untuk wanita
yang tidak berlatih biasanya sekitar 80 mL/denyut/menit dan untuk wanita yang berlatih sekitar 100
mL/denyut/menit. Perubahan ini berkorelasi dengan peningkatan volume sirkulasi
darah dan cardiac output, dengan penurunan HR istirahat dan BP istirahat dan
olahraga.
Jantung mengalami perubahan morfologi tertentu
sebagai respon dari olahraga kronik, biasanya
dilihat dengan echocardiography.
Perubahan morfologi ini biasa disebut dengan athletic heart. Athletic
heart syndrome dikarakterisasi dengan hipertrofi miokardium (peningkatan
massa miokardium).
Hipertrofi pada jantung athletik, tidak disertai disfungsi diastolik, tidak seperti pada hipertrofi
karena hipertensi. Hipertrofi jantung atletik biasanya simetris, ukuran
ventrikel kiri biasanya normal atau meningkat dan ukuran atrium kiri normal.
Pada tahun 2008, Massachusetts General Hospital
(MGH) melakukan penelitian pada mahasiswa Universitas Harvard dan menemukan
hasil tentang efek olahraga terhadap jantung. Olahraga yang dilakukan dibagi
menjadi dua jenis, yaitu endurance
(ketahanan) dan strength (kekuatan).
Pemeriksaan echocardiography
dilakukan pada awal penelitian dan hari ke-90 perlakuan. Ternyata, kedua jenis
olahraga tersebut berefek pada peningkatan signifikan dari ukuran jantung
sampel. Untuk sampel olahraga endurance, ventrikel kiri dan kanan (ruangan yang
mengirim darah ke aorta dan paru) membesar. Sedangkan pada sampel strength,
otot jantungnya menebal, fenomena yang biasanya hanya terjadi pada ventrikel
kiri. Perbedaan fungsional yang paling signifikan berhubungan dengan relaksasi
dari otot jantung di sela-sela denyutan, yaitu meningkat pada sampel endurance tetapi menurun di sampel
strength, tetapi masih berada dalam range normal.
1. Suleman, Amer. Exercise Physiology. Diunduh dari http://emedicine.medscape.com/article/88484-overview
pada 27 April 2010.
2. Wood, Malissa J. Mass. General study shows how exercise changes structure and function of heart. Diunduh dari http://www.sportsmedicine.com/node/44 pada 27 April 2010.
Daftar Pustaka
2. Wood, Malissa J. Mass. General study shows how exercise changes structure and function of heart. Diunduh dari http://www.sportsmedicine.com/node/44 pada 27 April 2010.