Olahraga menyebabkan peningkatan metabolisme otot yang mengakibatkan pelepasan bahan-bahan vasodilator seperti adenosin dan asam laktat, menyebabkan vasodilatasi pembuluh darah otot dan peningkatan aliran darah ke otot. Stimulasi sistem saraf simpatis juga dapat meningkatkan atau menurunkan aliran darah tergantung pada jenis reseptor yang dirangsang."
5. TUJUAN PEMBELAJARAN
Setelah mengikuti kuliah ini, diharapkan
mahasiswa dapat menjelaskan:
Perubahan parameter sistem kardiovaskular
dan sirkulasi terhadap olahraga.
Mekanisme yang mendasari perubahan
parameter sistem kardiovaskluar dan sirkulasi
terhadap olahraga.
6. Olahraga dan respon tubuh
Olahraga adalah kondisi yang menimbulkan
stres pada tubuh.
Pada saat berolahraga, jaringan tubuh
memerlukan oksigen dan nutrisi yang 20x
lebih tinggi dari normal.
Untuk mengangkut oksigen yang cukup dari
paru-paru ke jaringan tubuh diperlukan curah
jantung yang meningkat 5-6x normal.
7. Maratoner dapat mencapai curah jantung 40 L/menit
atau 7-8x lipat nilai normal.
8. Pengaruh training terhadap
jantung dan curah jantung
Curah jantung (cardiac output) atlet (endurance) >40%
non-atlet
Hipertrofi jantung
Curah jantung normal saat istirahat
Optimalisasi volume sekuncup jantung (stroke
volume) daripada frekuensi denyut jantung (heart
rate)
Pelebaran bilik jantung
Penebalan dinding jantung
9. Cardiac Volume Changes
End-diastolic volume (EDV)
Normal filling of ventricle = 110-120 ml
Stroke volume (SV)
Ejection volume = 70 ml
End-systolic volume (ESV)
Remaining volume after ejection = EDV – SV
= 40-50 ml
Ejection fraction (EF)
SV = 60%
EDV
10. Cardiac Volume Changes
Cardiac Output (CO) =
Stroke Volume (SV) x Heart Rate (HR)
= 70 ml x 70 bpm
= 4900 ml
11.
12. Peran frekuensi denyut jantung
meningkatkan curah jantung saat
olahraga intensitas berat
Curah jantung ½ maksimum (15-20 L/ menit)
Volume sekuncup jantung mencapai
maksimum
Pencapaian curah jantung maks. melalui
peningkatan frekuensi denyut jantung
13.
14.
15.
16. Hubungan antara
curah jantung & konsumsi oksigen
Terdapat hubungan yang linear (garis lurus)
antara curah jantung dengan konsumsi
oksigen
Curah jantung meningkat 4-6 L/menit untuk
setiap tambahan 1 L oksigen yang digunakan
tubuh
17.
18.
19. VO2 maks Intensitas Olahraga
<50% Rendah
50-70% Sedang
>70% Tinggi
Hubungan VO2 maks dengan
intensitas olahraga
20. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung saat olahraga
1) Vasodilatasi pada otot rangka
Merupakan faktor terpenting yang memicu
peningkatan curah jantung selama olahraga
Vasodilatasi pada otot rangka karena adanya
peningkatan metabolisme otot rangka saat
olahraga
21. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung saat olahraga
Olahraga -- > peningkatan metabolisme otot rangka ->
peningkatan penggunaan oksigen dan nutrisi -- >
peningkatan hasil metabolisme --> vasodilatasi lokal ->
penurunan tahanan vaskular -- > peningkatan aliran darah
lokal -- > peningkatan alir balik vena (venous return) -- >
peningkatan curah jantung (cardiac output)
22. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung saat olahraga
Peningkatan metabolisme otot saat olahraga
meningkatkan kerja jantung sebagai pompa -- > curah
jantung meningkat dari 5 liter/menit menjadi 10-13
liter/menit
Ditambah adanya perangsangan simpatis, pompa jantung
semakin kuat -- > curah jantung semakin meningkat
menjadi 20-25 liter/menit pada orang biasa dan 35-40
liter/menit pada atlet
23. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung saat olahraga
2) Perangsangan s.s.simpatis
Perangsangan s.s.simpatis tidak diperlukan
pada olahraga ringan
Perangsangan s.s.simpatis sangat diperlukan
untuk meningkatkan curah jantung ke tingkat
yang sangat tinggi pada olahraga berat
24. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung saat olahraga
Perangsangan simpatis mengakibatkan:
1) Peningkatan pompa jantung
2) Vasokonstriksi pada hampir seluruh pembuluh darah
otot rangka yang berkontraksi -- > peningkatan tekanan
pengisian sistemik rata-rata (mean systemic filling
pressure) menjadi 2,5x normal -- > peningkatan
dorongan terhadap darah pada pembuluh darah perifer
yang kembali ke jantung -- > peningkatan alir balik vena --
> peningkatan curah jantung
25. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung selama
berolahraga
3) Aktivasi serabut simpatis vasodilator pada
otot rangka -- > vasodilatasi pembuluh darah
otot rangka
26. Mekanisme perangsangan
simpatis pada olahraga
1. Kognitif
Keinginan untuk olahraga -- > perangsangan
pusat s.s. otonom -- > peningkatan kekuatan
kontraksi jantung & vasokonstriksi pembuluh
darah perifer -- > peningkatan tekanan pengisian
sistemik rata-rata -- > peningkatan curah jantung
sebesar 50% dari sebelum olahraga dimulai
27. Mekanisme perangsangan
simpatis pada olahraga
2. Sinyal dari korteks motoris
Sinyal dari korteks motoris -- > aktivitas motorik otot rangka -
- > transmisi sinyal kolateral ke pusat vasomotor -- >
perangsangan s.s. simpatis -- > menyebabkan:
- Vasokonstriksi, kecuali pada otot rangka, jantung, otak
- Vasodilatasi pada otot rangka
28. Mekanisme perangsangan
simpatis pada olahraga
3. Jaras sensoris dari sisa metabolisme otot
rangka
Hasil metabolisme selama kontraksi otot rangka
-- > perangsangan s.s.sensoris -- > transmisi
sinyal ke pusat vasomotor -- > perangsangan
s.s.simpatis
29. Faktor-faktor yang meningkatkan
curah jantung selama
berolahraga
4) Kontraksi otot perut
Pada permulaan olahraga, ketegangan tubuh menyebabkan
kontraksi abdominal dan kompresi cadangan vena yang
besar di dalam perut -- > meningkatkan tekanan pengisian
sistemik rata-rata 2-3x normal -- > peningkatan alir balik
vena --> peningkatan curah jantung : 30-80% dalam 1-2
denyut jantung, yang berlangsung sebelum otot rangka
memerlukan aliran darah ekstra
30. Kesimpulan (1)
Peningkatan curah jantung terdapat apabila
orang akan olahraga, yaitu melalui stimulasi
s.s.simpatis
Selanjutnya, ketegangan otot-otot perut
semakin meningkatkan alir balik vena -- >
meningkatkan curah jantung
31. Kesimpulan (2)
Dalam beberapa detik sesudah olahraga dimulai, terjadi
vasodilatasi pembuluh darah otot rangka karena terjadi
peningkatan metabolisme lokal pada otot rangka itu
sendiri
Kombinasi keadaan hiperdinamik jantung dengan
peningkatan tekanan pengisian sistemik rata-rata ->
peningkatan curah jantung hingga 20-25 L/menit, atau
35-40 L/menit.
34. Aliran darah ke otot rangka saat
olahraga
Saat istirahat, rerata aliran darah ke otot rangka
sebesar 3-4 mL/menit
Selama olahraga, terjadi peningkatan aliran
darah ke otot rangka -- > 13x-25x lipat atau
sebesar 40-90 mL/menit
35. Aliran darah ke otot rangka saat
olahraga
Penyebab meningkatnya aliran darah ke otot
rangka saat olahraga:
Peningkatan metabolisme otot rangka -- > zat
hasil metabolisme -- > vasodilatasi -- > aliran
darah ke otot meningkat.
Peningkatan tekanan darah -- > dinding arteri
lebih teregang -- > resistensi arteri menurun -->
aliran darah ke otot meningkat.
36. Aliran darah ke otot rangka saat
olahraga
Selama fase kontraksi otot rangka, aliran
darah ke otot rangka menurun.
Kelelahan (fatigue) lebih cepat terasa saat
olahraga yang melibatkan kontraksi tonik otot
rangka.
Di antara dua fase kontraksi otot rangka (saat
fase relaksasi), aliran darah ke otot rangka
meningkat.
37. Aliran darah ke otot rangka saat
olahraga
Penyebab berkurangnya aliran darah saat
olahraga adalah tertekannya pembuluh darah
oleh otot rangka yang berkontraksi
(memendek)
Pada kontraksi ritmik, aliran darah ke otot
rangka berfluktuasi (turun-naik-turun)
Pada kontraksi tonik, aliran darah ke otot
rangka hampir seluruhnya berhenti
38. Aliran darah ke otot rangka saat
olahraga
Saat istirahat, 20-25% kapiler otot terbuka
Saat olahraga berat, hampir 100% kapiler terbuka >
peningkatan aliran darah kapiler otot rangka yang aktif --
> pengurangan waktu difusi bagi oksigen dan bahan-
bahan nutrisi dari kapiler ke serabut otot rangka -- >
akan tetapi area permukaan difusi bertambah luas.
39. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
1) Pengaturan lokal
Peningkatan hebat aliran darah pada otot
rangka selama olahraga terutama disebabkan
pengaruh lokal yang bekerja secara langsung
pada pembuluh darah arteriol otot rangka
sehingga terjadi vasodilatasi
40. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Penyebabnya adalah berbagai faktor yang
bekerja secara bersama-sama (multifaktor).
Salah satu faktor penyebab yang penting
adalah penurunan kadar oksigen otot
rangka
41. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Olahraga -- > peningkatan aktivitas otot rangka -- >
peningkatan penggunaan oksigen -- > penurunan
konsentrasi oksigen pada jaringan (hipoksia jaringan)
dan pelepasan bahan-bahan vasodilator -- > vasodilatasi
pembuluh darah arteriol otot rangka.
42. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Bahan vasodilator adalah adenosin (hasil pemecahan
ATP) -- > akan tetapi adenosin tidak menyebabkan
vasodilatasi otot rangka secara berketerusan.
Bahkan ketika pembuluh darah otot rangka itu tidak peka
terhadap pengaruh adenosin, sewaktu otot rangka
tersebut masih beraktivitas -- > pembuluh darah otot
rangka yang sama masih dapat vasodilatasi secara
maksimal.
43. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Bahan vasodilator lainnya yang dilepaskan oleh otot
rangka yang berkontraksi adalah:
Ion kalium
Asetilkolin
ATP
Asam laktat
CO2
44. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
2) Pengaturan sarafi
a) Pada otot rangka terdapat saraf simpatis
vasokonstriktor
b) Pada beberapa spesies binatang terdapat saraf
simpatis vasodilator
45. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
2.a) Saraf vasokonstriktor simpatis
Serabut saraf simpatis vasokonstriktor mensekresi
norepinefrin (NE)
Stimulasi s.s.simpatis -- > vasokonstriksi pembuluh
darah otot rangka -- > penurunan aliran darah ke otot
rangka sebesar ¼ - ½ dari normal
46. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Vasokonstriksi pembuluh darah otot rangka
adalah keadaan fisiologis penting ketika
terjadi:
Syok sirkulasi
Periode lainnya dari keadaan stress,
sewaktu diharapkan adanya pengurangan aliran
darah yang melalui sebagian besar otot.
47. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Selain NE yang disekresikan ujung saraf
simpatis, pada olahraga berat kelenjar
medula adrenal mensekresikan hormon NE
dan epinefrin (E) ke dalam sirkulasi
NE bekerja pada pembuluh darah otot rangka
-- > vasokonstriksi seperti halnya bila
dilakukan perangsangan langsung pada
serabut saraf simpatis
48. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Epinefrin (E) berperan vasodilator sebab merangsang
reseptor adrenergik beta pada dinding pembuluh darah
Reseptor adrenergik beta bersifat vasodilator, berbeda
dengan reseptor adrenergik alfa yang bersifat
vasokonstriktor, yang dirangsang NE
49. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
2.b.) Saraf vasodilator simpatis
Kucing dan beberapa jenis binatang juga dijumpai
adanya serabut simpatis vasodilator yang mensekresi
hormon asetilkolin -- > vasodilatasi
Pada manusia, hingga sekarang belum dapat dibuktikan
adanya serabut simpatis vasodilator
Malahan E dalam darah yang berasal dari medula
adrenal (sebagai hormon) bekerja pada reseptor
adrenergik beta yang terdapat dalam pembuluh arteriol
otot rangka -- > vasodilatasi
50. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Pada hewan coba (kucing), perangsangan maksimal
pada serabut simpatis vasodilator meningkatkan aliran
darah otot 400% normal.
Serabut simpatis vasodilator diaktifkan oleh jaras khusus
yang bermula dari korteks serebri, yang erat
hubungannya dengan area motorik-yang mengatur
aktivitas otot -- > berjalan ke bawah melalui hipotalamus
dan batang otak -- > medula spinalis.
51. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Perangsangan korteks motorik akan merangsang
aktivitas otot rangka dan juga merangsang serabut
simpatis vasodilator yang menuju ke otot rangka yang
sedang aktif, sehingga segera terjadi vasodilatasi yang
terjadi beberapa detik sebelum adanya pengaruh
vasodilatasi lokal sebagai akibat dari aktivitas otot
rangka tersebut
52. Pengaturan aliran darah ke otot
rangka
Pada saat dimulainya aktivitas otot rangka, sistem
simpatis vasodilator berperan penting menginisiasi
peningkatan aliran darah otot rangka
Serabut simpatis vasodilator mempunyai pengaruh yang
kecil dalam mempertahankan peningkatan aliran darah
selama aktivitas otot rangka.
53. Pengaturan sirkulasi saat
olahraga
Ada 3 akibat utama yang terjadi saat olahraga
yang berguna bagi sistem sirkulasi agar dapat
menimbulkan peningkatan aliran darah
seperti yang diperlukan oleh otot rangka
1. Aktivasi masal s.s. simpatis
2. Kenaikan curah jantung
3. Kenaikan tekanan darah
54. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
1. Aktivasi masal s.s. simpatis
Pada permulaan olahraga, rangsangan tidak
hanya dijalarkan dari otak menuju otot rangka
untuk menimbulkan kontraksi akan tetapi juga
menuju pusat vasomotor untuk perangsangan
simpatis. Secara simultan, sinyal parasimpatis
menuju jantung dilemahkan.
55. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Timbul tiga pengaruh sirkulasi akibat aktivasi masal
s.s.simpatis:
Stimulasi jantung sehingga kecepatan denyut jantung dan
kekuatan pompanya akan sangat meningkat
Semua pembuluh darah akan sangat konstriksi, kecuali
pembuluh darah otot rangka yang sedang aktif yang akan
dilatasi sebagai pengaruh dari substansi vasodilator yang
dihasilkan oleh otot rangka itu sendiri, sehingga aliran darah
otot rangka akan meningkat (2 liter/menit).
56. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Sistem sirkulasi koroner dan serebral terhindar dari pengaruh
substansi vasokonstriktor sebab kedua daerah tersebut
sedikit dipersyarafi serabut simpatis vasokonstriktor.
Kontraksi sistem vena --> meningkatkan mean arterial
filling pressure -- > meningkatkan venous return ke
jantung -- > meningkatkan curah jantung.
57. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Di samping rangsangan simpatis yang disebabkan oleh
sinyal langsung dari otak, sinyal refleks yang berasal dari
otot rangka yang sedang berkontraksi dianggap melewati
medula spinalis menuju ke pusat vasomotor dan
merangsang saraf simpatis
Sinyal ini dianggap disebabkan oleh bahan akhir
metabolisme yang bekerja pada ujung-ujung saraf sensoris
yang kecil pada otot .
58. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
2. Kenaikan curah jantung
Kenaikan curah jantung yang terjadi saat olahraga
terutama disebabkan vasodilatasi lokal yang hebat pada
otot rangka yang sedang beraktivitas
Vasodilatasi pembuluh darah otot rangka meningkatkan
alir balik vena ke jantung
Jantung akan memompa darah yang kembali ke jantung
tersebut dan segera mengirimkannya ke seluruh tubuh
termasuk otot rangka melalui pembuluh arteri
59. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Faktor utama penyebab kenaikan curah jantung adalah
otot rangka yang beraktivitas.
Meskipun demikian, hal tersebut juga tergantung pada
kemampuan jantung untuk berespon (rangsangan s.s.
simpatis ke jantung, yang mempunyai efek kronotropik
dan inotropic positif).
Faktor lain yang sangat membantu peningkatan alir balik
vena: perangsangan kuat simpatis terhadap pembuluh
vena
60. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Rangsangan simpatis akan sangat meningkatkan
pengisian sistemik rata-rata, hingga mencapai 30 mm
Hg (4x normal), yang berguna untuk meningkatkan alir
balik vena.
Penurunan resistensi pembluh darah saat berolahraga --
> meningkatkan venous return.
61. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Salah satu mekanisme utama yang dipergunakan oleh
jantung untuk meningkatkan curah jantungnya selama
latihan adalah mekanisme Frank-Starling.
Melalui mekanisme ini bila jumlah darah yang mengalir
dari pembuluh vena menuju ke jantung meningkat dan
mengembangkan ruang-ruang jantung, maka kekuatan
kontraksi otot jantung meningkat. Jadi volume darah
yang dipompakan pada setiap denyut jantung juga akan
meningkat
62. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Sebagai tambahan terhadap terhadap mekanisme
intrinsik dalam jantung ini, jantung juga dirangsang
dengan kuat oleh s.s.simpatis dan penghambatan
s.s.parasimpatis yang normal akan berkurang atau
hilang
Hasil akhir adalah sangat meningkatnya kecepatan
denyut jantung dan hampir selalu berlipatgandanya
kekuatan kontraksi otot jantung
63. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Kedua pengaruh ini (mekanisme Frank-Starling dan
perangsangan s.s.simpatis) bersama-sama akan
menyebabkan jantung mampu memompa lebih banyak
darah sampai paling sedikit 100% lebih banyak (2x
normal) daripada hanya didasarkan pada mekanisme
Frank-Starling
65. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
3. Kenaikan tekanan darah
Lepasan sinyal simpatis yang besar di seluruh tubuh
selama berolahraga dan vasokonstriksi sebagian besar
pembuluh darah, kecuali pada otot rangka yang aktif, yang
hampir selalu akan meningkatkan tekanan arteri selama
berolahraga.
Kenaikan ini mulai dari 20 – 80 mm Hg, tergantung pada
keadaan saat berolahraga.
66. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Apabila seseorang berolahraga dalam keadaan tegang
sekali dan menggunakan sejumlah kecil otot rangka, maka
tanggapan simpatis terjadi di setiap bagian tubuh,
sedangkan keadaan vasodilatasi terjadi hanya pada
beberapa otot.
Hasil akhir utama dari kondisi tersebut adalah
vasokonstriksi, yang seringkali meningkatkan tekanan arteri
rata-rata hingga setinggi 170 mm Hg.
67. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Sebaliknya, bila seseorang berolahraga dengan seluruh
tubuhnya, misalnya dengan berlari atau berenang,
kenaikan tekanan arteri seringkali hanya 20 – 40 mm
Hg. Tidak adanya kenaikan arteri yang hebat disebabkan
oleh karena terjadinya vasodilatasi yang hebat pada
sejumlah besar otot rangka.
68. Pengaturan sirkulasi saat
berolahraga
Kadang-kadang dapat dijumpai seseorang yang tidak
mempunyai/terblok s.s.simpatis, mengalami penurunan
tekanan arteri saat olahraga, yang dapat mencapai hingga
1/2 dari normal.
69. Pengaturan sirkulasi saat
olahraga
Pada atlet yang terlatih dengan baik, aliran darah otot rangka
dapat meningkat hingga 20x
Walaupun kenaikan aliran darah otot rangka ini disebabkan
karena vasodilatasi, kenaikan tekanan arteri juga berperan
penting
Kenaikan tekanan arteri tidak hanya akan mendorong darah
tambahan yang melalui otot rangka akan tetapi juga ikut
melebarkan pembuluh darah, sehingga kenaikan tekanan
arteri 20-40 mm Hg sudah dapat meningkatkan 2x lipat aliran
darah perifer
70. Pengaturan sirkulasi saat
olahraga
Pada binatang atau manusia yang tidak
mempunyai/terblok s.s.simpatis, penurunan tekanan arteri
saat olahraga menghambat kenaikan curah jantung seperti
yang terjadi pada keadaan normal. Pada kondisi ini, curah
jantung hampir tidak pernah meningkat >2x, sedangkan
bila tekanan arteri meningkat di atas normal, curah jantung
dapat meningkat lebih besar lagi (4-7x)
71. Pengaturan sirkulasi saat
olahraga
Kemampuan sistem sirkulasi untuk beradaptasi terhadap
latihan/olahraga adalah sama pentingnya dengan
kapasitas otot rangka itu sendiri dalam mengatur batas
yang dapat dihasilkan oleh kerja otot
72. Pengaturan aliran darah
Akut
Kadar O2
Nitrit Oxide (NO)
Otak -> Kadar CO2
Ginjal -- > TG feedback
Kronis
Neovasularisasi
Kadar O2
VEGF, FGF, angiogenin.
73. Kesimpulan (3)
Kemampuan seorang atlet untuk mempertinggi curah
jantung dan dengan akibat dapat mengirimkan sejumlah
oksigen dan bahan nutrisi lebih banyak ke jaringan
merupakan faktor utama yang menentukan derajat dan
durasi olahraga pada seorang atlet
Sebagai contoh, kecepatan seorang pelari maraton
hampir selalu bergantung kepada kemampuannya untuk
meningkatkan curah jantungnya
86. ARM VS LEG EXERCISE
Olahraga
menggunakan
otot-otot tangan
Olahraga
menggunakan
otot-otot kaki
Aktivitas simpatis
>>
Tahanan perifer
total ↑
Tekanan darah
↑
vs.
91. Regulasi S. Kardiovaskular
selama Olahraga
Vagal withdrawal to ♥
Stimulasi simpatis to ♥
Vasodilatasi arteriola pada otot aktif.
Refleks vasokontriksi pada otot inaktif.
92.
93. Central Command Theory
Dinisiasi dan dikendalikan CV center sebagai pusat
motoris S. KV.
Dipengaruhi oleh:
Mechanoreceptor ♥
Chemoreceptor otot
Kalium, asam laktat.
Exercise pressor reflex.
Mechanoreceptor otot.
Muscle spindle, organ tendon golgi.
Kekuatan dan kecepatan gerakan otot.
Baroreceptor.
Regulasi tekanan darah.