Cardiovascular Response to Exercise

Sport_Medicine_Online

Latar Belakang

  Manusia diciptakan dengan segala kesempurnaannya, sistem manusia begitu kompleks dan menarik untuk dipelajari, sejak ratusan tahun lalu manusia berusaha menemukan jawaban dengan mempelajari  bagaimana tubuh bekerja sebagai suatu sistem yang terintegrasi. Salah satu sistem tubuh yang banyak dipelajari oleh para ahli adalah sistem jantung-paru atau disebut dengan cardiovascular system. Secara umum cardiovascular  system terdiri atas 4 komponen : jantung, paru, pembuluh darah dan darah (Pate, 1984), sitem kerja cardiovascular memainkan peranan penting dalam tubuh untuk memberikan respon terhadap latihan atau olahraga.  Latihan  adalah  aktivitas sistematik dari fungsi fisiologi dan psikologi masusia dalam waktu yang panjang, adanya peningkatan individual untuk mencapai target tertentu (Bompa,1990).

Beberapa perubahan cardiovascular terjadi selama latihan bertujuan untuk meningkatkan performa latihan dan bahkan dapat memberikan pengaruh pada cardiovascular system dalam masa akut maupun kronis. Sistem cardiovascular yang terjadi secara khusus pada :

1. Heart Rate (HR) / Denyut Nadi

2. Stroke Volume (SV) / Isi Sekuncup

3. Cardiac Output (Q) / Curah Jantung

4. Blood Pressure & Flow / Tekanan dan Aliran Darah

5. Blood / Darah

(Wilmore, Costili, Kenney, 2008)

PEMBAHASAN

Proses Mekanisme Siklus Jantung ( Cardiac Cycle )

Proses –proses mekanisme pada jantung-kontraksi, relaksasi, dan perubahan aliran darah melalui jantung yang ditimbulkannya disebabkan oleh perbahan ritmik aktivitas listrik jantung.

a.       Jantung Secara bergantian berkontraksi untuk pengosongan dan melemas utuk pengisian dirinya.

Siklus jantung terdiri dari sistol (kontraksi dan pengosongan) dan diastol ( Relaksasi dan Pengisian ) yang bergantian. Kontraksi terjadi karena penyebaran ekistasi ke seluruh jantung, sementara relaksasi mengikuti repolarisasi otot jantung, Atrium dan ventrikel melakukan siklus sistol dan diastol secara terpisah. Kecuali jika disebutkan kata sistol dan diastol merujuk kepada yang terjadi di ventrikel.

Siklus jantung terdiri atas satu periode relaksasi yang disebut Diastole, yaitu periode pengisian jantung dengan darah, yang diikuti oleh satu periode kontraksi yang disebut sistole.

1.    Middiastole ventrikel

Selama sebagaian besar diastol ventrikel atrium juga masih berada dalam diastol. Tahap ini berkorespondensi dengan interval Tp pada EKG –interval setelah repolarisasi ventrikel dan sebelum depolarisasi atrium berikutnya. Karena darah dari sistem vena terus mengalir kedalam atrium maka tekanan atrium sedikit melebihi tekanan ventrikel meskipun kedua rongga ini berada dalam keadaan relaksasi . Karena perbedaan tekanan maka katup Av terbuka dan darah langsung mengalir keatrium kedalam ventrikel pada sepanjang diastol ventrikel.

2.    Menjelang akhir diastol ventrikel

Menjelang akhir diatol ventrikel, Nodus SA mencapai batas ambang dan melepaskan muatan. Impuls menyebar keseluruh Atrium yang tampak di EKG sebagai gelombang P. Depolarisasi atrium menyebabkan kontrksi atrium dan meningkatkan kurva tekanan atrium dan memeras lebih banyak darah kedalam ventrikel yang terjadi secara bersamaan dengan peningkatan tekanan atrium yang disebabkan oleh tambahan volume darah yang dimasukkan ke ventrikel oleh kontraksi atrium.

3.    Akhir diastol ventrikel

Diastol ventrikel berakhir pada awitan kontraksi ventrikel. Pada saat ini kontraksi atrium dan pengisian ventrikel telah tuntas. Volume darah pada akhir diastol disebut volume diastol akhir ( VDA ). Rata-rata sekitar 135ml.

4.    Kontraksi ventrikel isovolumetrik

Setelah tekanan ventrikel melebihi tekanan atrium dan katup AV tertutup, maka untuk membuka aorta maka tekanan ventrikel harus meningkat samapai melebihi tekanan aorta. Oleh karena itu setelah katup AV tertutup dan sebelum katup aorta terbuka maka terdapat periode singkat karena ventrikel menjadi ruang tertutup. Karena semua ruang tertutup maka tidak ada darah yang masuk ataupun keluar dari ventrikel selama waktu itu. Periode ini dianamakan sebagai Kontraksi ventrikal isovolumetrik .

5.    Ejeksi Ventrikel

Ketika tekanan vetrikel melebihi aorta maka katup aorta terbuka dan dimulailah ejeksi atau penyemprotan darah. Jumlah darah. Jumlah darah yang dipompa keluar dari masing –masing ventrikel pada setiap kontraksi disebut Isi Sekuncup (IS).Kurva Tekanan aorta meningkat sewaktu darah dipaksa masuk kedalam aorta dari ventrikel lebih cepat daripada daarah yang mengalir kedalam pembuluh-pembuluh yang disebut hilir.

6.    Akhir sistol vetrikel

Ventrikal tidak mengosngkan isinya secara sempurna selama masa injeksi. Dalam keadaan normal hanya separuh dari darah didalam ventrikel pada akhir diastol yang dipompa keluar selama sistol berikutnya.

a.       Kedua bunyi Jantung berkaitan dengan penutupan katup.

Selama Siklus Jantung secara normal dapat didengar dua bunyi jantung utama dalam stetoskop. Bunyi janutng utama bernada rendah, lembut dan relatif lama sering disebut bunyi “ lub” Bunyi jantung kedua memiliki nada lebih tinggi serta lebih singkat dan tajam seperti dikatakan sering berbunyi “Dup”. Bunyi disebabkan getaran yang terbentuk dalam dinding vetrikel dan arteri besar sewaktu katup menutup dan bukan oleh katup itu sendiri.  

(Sherwood, 2009)

Respon akut yang terjadi pada cardiovascular :

1. Peningkatan HR/ denyut nadi; peningkatan denyut nadi pada saat setelah latihan diakibatkan kebutuhan penyediaan darah yang lebih banyak pada saat latihan.

2. Peningkatan Stroke Volume; SV adalah jumlah darah yang dipompa oleh jantung dalam 1 kali denyutan. SV dipengaruhi oleh jumlah darah yang kembali ke jantung, kekuatan kontraksi otot jantung dan stimulasi dari saraf simpatik. Pada waktu latihan ketiganya mengalami perubahan sehingga terjadilah peningkatan stroke volume.

3. Peningkatan Cadiac output; terjadi karena ada peningkatan stroke volume dan denyut nadi.

4. Peningkatan VO₂max. Ketika beban kerja meningkat konsumsi oksigen / O₂ juga akan meningkat pada saat tersebut ambilan oksigen akan mencapai nilai maksimal.

Respon kronis yang terjadi pada cardiovascular :

Pada latihan jangka waktu panjang sumber energi yang dipakai adalah mengunakan oksigen dikenal dengan nama aerobic system. Pada latihan ini denyut nadi, frekwensi pernapasan, cardiac output dan kebutuhan oksigen meningkat. Peningkatan frekwensi pernapasan akan miningkatkan jumlah oksigen pada paru-paru yang akan meningkatkan proses difusi pada pembuluh darah. Peningkatan cardiac output akan meningkatkan jumlah darah yang ada pada pembuluh darah, akibatnya akan meningkatkan jumlah oksigen dalam otot. Pada bagian penting peningkatan cardiac output dapat diperoleh dari peningkatan denyut nadi dan stroke volume. Perubahan stroke volume terjadi selama latihan relative lebih kecil, salah satu keuntungan dari latihan adalah peningkatan stroke volume.  Latihan fisik keras  memiliki keterbatasan yaitu kemampuan jantung sebagai pompa yang mampu mengirimkan darah dalam memenuhi kebutuhan oksigen ketika terjadi kontraksi otot. Pada kerja yang sangat berat peningkatan denyut nadi akan akan melewati batas kemampuan akhir dari aktivitas. Ketika aktivitas kerja berat dihentikan maka denyut nadi akan turun dengan cepat dalam 2-3 menit.

Setelah latihan teratur 1-3 minggu maka akan terjadi perubahan sebagai berikut :

1. Peningkatan VO₂max

2. Penururunan target zone maksimal dan submaksimal

3. Penurunan asam laktat

Dampak respon kronis pada waktu latihan:

1. Peningkatan ukuran jantung, terutama pada ventrikel kiri

2. Penurunan denyut nadi istirahat

(http://fisioterapior.worldpress.com)

Heart Rate (HR) / Denyut Nadi

HR merupakan salah satu parameter sederhana yang paling informative,  pengukuran HR  pada subjek biasanya dilakukan pada radial atau carotid artery. HR merupakan indikator dari intensitas latihan.

Menurut T. Howley (1997) “Intensitas latihan adalah besarnya energi yang dibutuhkan untuk beraktivitas dihubungkan dengan HR atau VO₂”_.

Resting Heart Rate (RHR) / Denyut Nadi Istirahat

Pada kebanyakan orang rata-rata RHR 60-80 denyut/menit, Pada atlete yang sudah terlatih RHR bisa lebih rendah dari orang normal sekitar 28-48 denyut/menit.

Sesaat sebelum memulai latihan denyut nadi sebelum latihan biasanya meningkat dari kondisi normal, kondisi ini disebut dengan Anticipatory response, Anticipatory response terjadi karena ada pelepasan norepinephrine sebagai neurotransmitter yang berasal dari system saraf simpatik dan juga melepaskan  epinephrine hormone dari adrenal modulla.

Heart Rate During Exercise

Ketika kita memulai latihan denyut nadi akan meningkat seiring dengan peningkatan intensitas, saat intensitas latihan berada pada puncak maksimal maka denyut nadi juga berada pada titik puncak disebut Maximum Heart Rate HR_Max.

Stroke Volume (SV)

SV  juga meningkat selama latihan, hal ini terjadi karena tubuh berusaha menyesuaikan terhadap perubahan yang terjadi, SV ditentukan oleh empat faktor :

1.      Volume darah venous yang kembaali ke jantung

2.      Ventricular distensibility (Kemampuan Ventricle membesar untuk isi maksimal)

3.      Ventricular contractility (kemampuan kontraksi ventricle)

4.      Aortic or pulmonary artery pressure (tekanan untuk membuat ventrivle kontaksi)

Mekanisme SV dapat di jelaskan dalam mekanisme Frank Starling, saat darah masuk dan mengisi ventricle dalam jumlah besar selama diastole dinding ventricle meregang, untuk merespons dan mengeluarkan jumlah darah yang besar ventricle akan berkontraksi dengan kuat. 

Keterbatasan darah yang kembali dari vena (venous return) dikarenakan saat latihan denyut nadi meningkat, waktu pengisian ventrikel semakin sedikit sehingga voleme akhir dapat mencapai titik jenuh (plateau) atau bahkan menurun. Faktor yang dapat meningkatkan adalah dikarenakan saat berlatih tahanan perifer menurun karena ada vasodilatisi daerah otot yang aktif.

Cardiac output (Q)

Cardiac Output adalah  Stoke Volume x Heart Rate (Q = SV x HR). Fungsi Q adalah untuk menyediakan oksigen pada otot yang aktif, sehingga hubungan antara  Q dan intensitas latihan adalah linier, demikian juga dengan hubungan antara intensitas latihan dan denyut nadi. Pada intensitas latihan 40%-60% HRmax  maka SV tidak akan meningkat (plateau) atau meningkat sedikit sehingga kenaikan cardiac output lebih disebabkan karena peningkatan denyut nadi. Pada sesorang yang sangat terlatih, cardiac output masih bisa meningkat lagi pada intensitas latihan yang lebih tinggi, sehingga menyebabkan peningkatan cardiac output.

Pada kondisi normal besar cardiac output seseorang adalah 5 L/min, hal itu juga dipengaruhi oleh ukuran tubuh seseorang, Maksimal cardiac output pada orang terlatih sekitar 20 L/min – 40 L/min (elite endurance athlete). (Wilmore, dkk, 2008)

Blood Pressure

Saat melakukan latihan dinamis, tekanan  darah meningkat seiring dengan intensitas latihan. Tekanan sistolik dari 120 mmHg dapat meningkat hingga 240-250 mmHg pada seseorang yang terlatih. Peningkatan tekan darah adalah akibat dari meningkatnya cardiac output atau curah jantung.

Tekanan sistolik mencapai kesetabilan pada saat intensitas stabil atau saat intensitas latihan mulai menurun. Hal ini wajar karena meningkatnya vasodilatasi arteriole pada otot yang aktif, yang menurunkan tahanan total tahanan perifer (Total Peripheral Resistance/TPR). Blood Pressure = Cardiac Output x Total Peripheral Resistance. Saat latihan dengan intensitas yang sama, ekstrimitas tubuh atas menghasilkan tekanan diastolik yang lebih besar dibandingkan dengan ekstrimitas bawah, hal ini dikrenakan ekstremitas bagian atas lebih kecil sehingga intensitasnya lebih berat.

Pada latihan anerobik (angkat beban) tekanan darah bisa mencapai 480/350 mmHg terutama saat melakukan valsalva maneuver. Valsalva Maneuver terjadi bila seseorang mencoba hembus nafas saat mulut, hidung dan glottis tertutup sehingga mengakibatkan tekanan dalam torak meningkat (intrathoracic pressure). Tekanan intrathoracic meningkat mengakibatkan tahanan perifer meningkat tinggi, sehingga tekanan tubuh berusaha mempertahankan keseimbangan dengan meningkatkan tekanan sistolik.

Blood Flow

Saat istirahat, otot hanya mendapat 15%-20% suplai darah, sebaliknya saat latihan dengan intensitas tinggi otot mendapat suplai 80%-85% dari cardiac output, perubahan aliran darah ini dicapai dengan mengurangi aliran darah ke ginjal, hati, lambung dan usus halus.

Begitu latihan dimulai maka otot aktif akan memberi sinyal untuk lebih banyak oksigen, ini direspon dengan meningkatkan rangsang simpatik yang bersifar vasokonstriksi, sehingga suhu otot, CO2 meningkat, dan  pH darah menurun. Pada kulit terjadi perubahan dari vasokonstriksi di awal latihan menjadi vasodilatasi lokal, diikuti dengan melepaskan suhu tubuh yang meningkat.

Blood

Darah merupakan salah satu komponen cardiovascular yang membawa bahan-bahan  yang diperlukan oleh jaringan dan membawa sampah metabolic dari jaringan. Dengan meningkatnya metabolisme maka darah memiliki peranan penting dalam menunjang kerja optimal.

Oxygen Content

Saat istirahat, oksigen darah sekitar 20 mlO₂/100ml darah arterial dan 14 mlO₂ di daerah vena yang kembali ke atrium/serambi kanan. Perbedaan ini , 20 mlO₂ - 14 mlO₂ = 6 mlO₂ disebut arterial mixed venous oxygen difference atau (a-v)O₂ difference. Seiring meningkatnya intensitas latihan maka (a-v)O₂ difference juga meningkat secara progresiv sampai 3x lipat dari saat istirahat, meningkatnya perbedaan tersebut membuat penurunan kadar O₂ di vena, karena O₂ lebih banyak diekstrasi dari darah untuk keperluan pembakaran bahan makanan. Darah vena jarang kurang dari 4 ml karena darah yang kembali dari jaringan aktif bercampur dengan darah dari jaringan tidak aktif, oksigen yang digunakan jaringan tidak aktif lebih sedikit.

Plasma Volume

Pergerakan cairan keluar masuk kapiler ke jaringan interstitial adalah karena adanya tekanan hydrostatic dan osmotic. Karena tekana darah meningkat saat latihan maka tekana tekanan hidrostatik juga akan naik, hal ini menyebabkan darah keluar dari kapiler, sehingga produk sampah metabolic di jaringan otot juga akan bertambah sehingga mengakibatkan intramuscular osmotic pressure bertambah, menyebabkan plasma tertarik dari kapiler menuju otot. Pada latihan daya tahan yang melelahkan, volume plasma berkurang 15-20% dalam 1 menit. Untuk aktivitas jangka pendek dalam beberapa menit maka volume plasma tidak banyak berpengaruh.

Central Regulation of the Cardiorespiratory System During dynamic Exercise

Penyesuaian cardiocascular dan respiratory pada saat latihan berlangsung dengan cepat. Dalam 1 detik kontraksi otot denyut nadi akan meningkat. Peningkatan cardiac output dan tekanan darah akan meningkatkan aliran darah pada jaringan otot yang aktif untuk memenuhi kebutuhan metabolik. Apa yang menyebabkan perubahan cardiovascular system?

Penjelasan dari pertanyaan di atas dapat diperoleh melalui Central Command Theory yang melibatkan aktivasi parallel antara motor dan cardiovascular system di otak.  Aktivasi yang cepat pada central command menyebabkan peningkatan denyut nadi dan tekanan darah. Berikutnya respon cardiovascular pada latihan dimodivikasi oleh mechanoreceptors, chemoreceptors dan baroreceptors. Baroreceptors adalah receptor-reseptor yang sensitive untuk meregang dan mengirim kembali informasi tekanan darah ke pusat kontrol. Signal dari perifer dikirim kembali ke pusat control cardiovascular melalui stimulasi mechanoreceptors yang sensitive meregangkan otot rangka, dan melalui chemoreceptors yang sensitive meningkatkan metabolisme di dalam otot. Feedback tekanan darah dan lingkungan otot lokal membantu untuk cardiovascular respons.

Respiratory Responses to Acute Exercise

Yang mengatur ventilasi paru adalah pusat pernafasan di otak dan input dari reseptor di otot aktif. Peningkatan CO₂ dan H⁺ di deteksi oleh chemoreseptor di otak, carotid bodies dan paru yang kemudian merangsang pusat inspirasi untuk meningkatkan kecepatan dan kedalaman inspirasi. Receptor di ventricle juga akan memberi informasi ke pusat inspirasi sehingga peningkatan cardiac output diikuti peningkatan pernapasan. Proses ini adalah untuk menyeimbangkan suplai O₂ dengan kenaikan aliran darah atau cardiac output.

Pulmonary ventilation meningkat saat latihan seiring langsung dengan meningkatnya kebutuhan metabolik pada otot yang dilatih. Pada latihan intensitas rendah respon ini mengakibatkan peningkatan tidal volume (jumlah udara yang keluar masuk paru saat bernafas), Pada latihan intensitas tinggi respirasi juga meningkat, jumlah maksimum pulmonary ventilation tergantung dari ukuran tubuh. Max Ventilation Rate sekitar 100 ml/min pada individu yang lebih kecil, sedangkan pada invidu yang lebih besar sekitar 200 ml/min.

Breathing Irregularities During Exercise

Dyspnea

Dyspnea adalah keadaan dimana nafas pendek-penek saat olahraga, sering terjadi pada seseorang dengan kondisi fisik kurang baik, mencoba berolahraga pada intensitas yang mingkatkan CO₂, Walaupun pusat informasi sudah memberi signal, tetapi otot pernafasan sudah lelah dan tidak mampu mempertahannkan homeostasis.

Hyperventilation

Hyperventilation dapat menurunkan pCO₂ dari normal 40 mmHg menjadi 15 mmHg. hal ini menandakan sensitivitas karbondioksida dan pH, terjadi saat seseorang sudah melewati ambang anaerobic atau ambang ventilasi (ventilatory threshold), fenomena ini adalah normal.

Valsalva Maneuver

Adalah prosedur nafas yang berbahaya biasa di lakukan olah olah olahraga latihan beban, bisa terjadi bila:

1.      Seseorang menutup glottis (pembukaan diantara pita suara) saat angkat beban.

2.      Memaksa diaphragm dan otot perut berkontraksi, sehingga menyebabkan tekanan intraabominal meningkat.

3.      Memakasa otot pernafasan untuk kontraksi, sehingga menyebabkan intrathorax meningkat dan meningkatkan tekana darah.

Ventilation and Energy Metabolism

Saat aktivitas yang lama dan kondisi siaga ventilasi akan memenuhi kecepatan metabolisme energi.

Ventilatory Equivalent for Oxigen

Adalah perbandingan volume udara yang dikeluarkan / Volume Expiration (VE) dengan oksigen yang dikonsumsi tubuh (VO₂), jadi VE/VO₂. Saat istirahat perbandingannya sekitar 23-28 L udara/1L O₂, Saat intensitas mendekati maksimal pebandingan ini lebih besar dari 30 L  udara/1L. umumnya perbandingan ini dalah konstan, berarti ventilasi paru masih dapat menyediakan O₂ yang diperlukan.

Ventilatory Threshold

Meningkatnya intensitas latihan akan mengakibatkan meningkatnya ventilasi yang tidak seimbang dengan konsumsi oksigen. Titik tersebut dinamakan ambang ventilasi atau ventilatory threshold. Ventilatory threshold ini disebabkan oleh meningkatnya produksi asam laktat dan bereaksi dengan sodium bicarbonate membentuk sodium laktat, air dan karbondioksida. Meingkatnya CO₂ akan meningkatkan respirasi. Jadi Ventilatory Threshold adalah gambaran renpon respirasi terhadap meningkanya kadar CO₂.

Respiratory Limitations to Performance

Otot respirasi didisain untuk dapat melakukan kontraksi respirasi yang lebih lama daripada kontraksi otot rangka. Diafragma mempunyai kapasitas oksidatif maupun kepadatan kapiler 2-3x lebih besar dari otot rangka. Pada atlet terlatih saat melakukan usaha maksimal akan mengakibatkan penurunan pO₂, dikenal dengan istilah exercise induced arterial hypoxemia. Tidak ada waktu untuk alveoli mengikat oksigen secara maksimal. Pada individu yang rentan latihan dapat menyebabkan asthma atau exercise induced asthma.

Respiratory Regulation of Acid-Base Balance

Sistem respirasi berperan penting dalam penyesuaian keadaaan asam basa saat latihan. Untuk meminimalkan H⁺, darah dan otot mengandung larutan basa lemah untuk menetralisir. Saat istirahat cairan tubuh bersifat basa oleh senyawa bikarbonat, fosfat dan protein, sehingga pH darah bersifat basa sekitar 7,4 dan 7,1 di otot. Batas toleransi pH di darah adalah 6,9-7,5. pH normal otot adalah 7,1. Bila pH > 7 disebut alkalosis dan bila pH < 7 disebut acidosis.

Tiga penyangga tubuh adalah bikarbonat (HCO₃), fosfat organic dan protein, ditambah hemoglobin.  Ketika asam lakta menurun pH dari 7,4 menjadi 7, maka 60% bikarbonat dalam arah telah digunakan. Fungsi senyawa bikarbonat adalah membawa ian H⁺ ke paru dan ginjal, H⁺ terutama disangga asam fosfat dan sodium fosfat, di intrasel kurang terdapat bikarbonat. Banyaknya H⁺ bebas merangsang pusat respirasi untuk meningkatkan ventilasi.

DAFTAR REFERENSI

Bompa, Tudor O. 1990. Theory and Methodology of Training (2^nd ed.). Ontario Canada. Kendall/Hunt Publishing Company.

Comprehensivephysiology.com. Cardiorespiratory Control During Exercise, diakses 27 Oktober 2012.

http://fisioterapior.worldpress.com. Respon Kardiovasculer pada Latihan, diakses 23 oktober 2012.

Kusnanik, Nining W, dkk.  2011. Dasar-dasar Fisiologi Olahraga. Surabaya: Unesa University Press.

Pate, Rotella, McClenaghan.1984. Dasar-dasar Ilmuah Kepelatihan. Terjemahan oleh Kasiyo Dwijoyowinoto. Semarang : IKIP Semarang Press. 

Wilmore, JH, Costill,Kenney. 2008. Physiology of Sport and Exercise (4^th ed.). United State. Human Kinetics.

Howley, Edward T. Franks, B.Don. 1997. Health Fitness and Instructor’s Handbook (3^rd ed.). United State. Human Kinetics.

Sherwood, L. 2007. Fisiologi manusia: Dari Sel Ke Sistem (6^th ed.). Jakarta: EGC.

Cardiovascularsystem.wordpress.com. Cardio Conduction System. diakses 27 oktober 2012

http://untukhidupsehat.blogspot.com/2011. Cara K-erja otot jantung. diakses 27 oktober 2012

Share this

aminuddin