Pengaruh Olahraga bagi Sistem Kardiovaskuler

Olahraga teratur membuat sistem kardiovaskular lebih efisien memompa darah dan menyalurkan oksigen ke otot-otot yang bekerja. Pelepasan adrenalin dan asam laktat ke darah akan meningkatkan denyut jantung. Olahraga meningkatkan kerja beberapa komponen berbeda pada sistem kardiovaskular, seperti stroke volume (SV), cardiac output, tekanan darah sistolik, dan tekanan arterial rata-rata. Saat istirahat, otot menerima kurang lebih 20% dari aliran darah total, tetapi selama olahraga, aliran darah ke otot meningkat sampai 80-85%.

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. 

Daftar Pustaka

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.