Buku : TEXTBOOK OF WORK PHYSIOLOGY PHYSIOLOGICAL BASES OF EXERCISE Pengarang : Per-Orlof Astrand dan Kaare Rodahl Bab : 7 (Physical Performance) hal

Transkripsi

1 Buku : TEXTBOOK OF WORK PHYSIOLOGY PHYSIOLOGICAL BASES OF EXERCISE Pengarang : Per-Orlof Astrand dan Kaare Rodahl Bab : 7 (Physical Performance) hal Mata Kuliah: Biologi Olahraga Dosen : Prof.dr.Drs. H. Santoso Giriwijoyo 1

2 PHYSICAL PERFORMANCE DAFTAR ISI 1. TUNTUTAN KESANGGUPAN (DEMAND-CAPABILITY) 2. PROSES AEROBIK 2.1 Intensitas dan Durasi Latihan 2.2 Recovery 2.3 Intermittent Exercise 2.4 Prolonged Exercise 2.5 Massa otot yang terlibat dalam Latihan 3. PROSES ANAEROBIK 3.1 Power dan Kapasitas Pemecahan Posfat Energi Tinggi 3.2 Power dan Kapasitas Pemecahan Glikogen Anaerobik 4. PRODUKSI, DISTRIBUSI, DAN HILANGNYA LAKTAT 2

3 4.1 Alur waktu (time course) Konsentrasi Laktat Darah 4.2 What is the Fate of the Lactate Produced 4.3 Bagaimana Latihan ringan terus-menerus berpengaruh terhadap Pemindahan Laktat 4.4 Efek Metabolisme terhadap Jaringan dan ph darah 5. INTERAKSI ANTARA HASIL ENERGI AEROBIK DAN ANAEROBIK 5.1 Anaerobic Threshold 6. MAXIMAL AEROBIC POWER USIA DAN JENIS KELAMIN 6.1 Usia 6.2 Maximal Aerobic Power Nilai Absolut 6.3 Maximal Aerobic Power - Kaitannya dengan Ukuran Tubuh 6.4 Maximal Oxygen Uptake tinggi tidak menjamin Performa Puncak 3

4 7. ANAEROBIC POWER, USIA DAN JENIS KELAMIN 8. KEKUATAN OTOT, USIA DAN JENIS KELAMIN 8.1 Usia 8.2 Jenis Kelamin 9. PERFORMA DALAM OLAHRAGA, LAKI VS WANITA 10. KESIMPULAN 4

5 1. TUNTUTAN DAN KESANGGUPAN (DEMAND & CAPABILITY) Tuntutan dari berbagai cabang olahraga harus disesuaikan dengan kapabilitas seseorang untuk mencapai performa puncak dan kompetisi. 5

6 Gambar 7-1. Faktor-faktor yang mempengaruhi power dan kapasitas untuk aktivitas otot- otot (aerobik) Somatic Factors Sex & Age Body Dimensions Health Training Adaptation Psychic Factors Attitude Motivation Nature of Exercise Intensity Duration Technique Position Rhythm Schedule Service Functions 1. Fuel - intake - storage - mobilization 2. Oxygen Uptake - Pulmonary ventilation - Cardiac output : stroke volume, HR - Oxygen extraction ( a VO2 diff) Environment Attitude High Gas Pressure Heat Cold Noise Air Pollution Energy yielding processes Physical Performance 6

7 2. PROSES AEROBIK Kompleksitas dari kapasitas latihan otot aerobik dijelaskan pada gambar 7-1. Untuk tiap liter oksigen yang dikonsumsi (sekitar 20 kj), 19,7 21,2 (5 kcal, 4,7 5,05) akan dikirimkan, maka semakin tinggi oxygen uptake semakin tinggi output energi aerobiknya 2.1 Intensitas dan Durasi Latihan Gb 7-3a menunjukkan bagaimana oxygen uptake meningkat selama menit pertama latihan sampai steady-state dimana oxygen uptake-nya berkaitan dengan tuntutan jaringan. Ketika latihan berhenti, maka oxygen uptake lambat laun menurun sampai tingkat istirahat ; dan disebut pelunasan oxygen debt (oxygen debt is paid off) 7

8 Gb 7-3a menunjukkan peningkatan oxygen uptake selama min pertama latihan sampai steady state 8

9 Kondisi ini bertepatan dengan adaptasi cardiac output, HR, dan pulmonary ventilation Kondisi steady state - situasi kerja dimana oxygen uptake sama dengan kebutuhan oksigen oleh jaringan, oleh sebab itu tak terjadi akumulasi asam laktat dalam tubuh. HR, CO, dan pulmonary ventilation berada pada tingkat konstan. - Selama prolonged exercise, terjadi perubahan dalam penyimpanan energi dan air dalam tubuh, yaitu jika tidak diganti lagi - Selama light exercise, output energi selama menit pertama latihan dapat dikirm secara aerobik, karena oksigen yang disimpan dalam otot disimpan di myoglobin, dan di dalam darah dialirkan ke otot. - Selama latihan yang lebih berat, proses anaerobik memasok sebagian energi selama fase awal latihan 9

10 Sebenarnya pada latihan yang melbatkan sekelompok otot besar (misalnya, lari) yang menuntut oxygen uptake lebih tinggi dari 50 % dari maks. Individu, dan yang dilakukan beberapa menit, maka laktat yang diproduksi pada otot yang teraktivasi pindah dan nampak muncul dalam darah (gb 7-3c) (Orang yang terlatih dapat berlatih dengan persentase yang lebih tinggi tanpa adanya peningkatan pada konsentrasi laktat darahnya) Semakin berat latihan, semakin penting energi anaerobik yang dihasilkan dan konsentrasi laktat darah dan otot meningkat. 10

11 Gambar 7-3c, mengilustrasikan peningkatan linier oxygen uptake yang diukur setelah 5 min latihan dengan tingkat kerja yang berbeda sampai mencapai titik maks pasokan dan oxygen uptake dalam jaringan. Dalam hal ini, max oxygen uptakenya 3,5 lt / min (max. aerobic power) subjek Gambar slide 8 11

12 Ada 2 kriteria yang menunjukkan bahwa kondisi tersebut merupakan max. aerobic power subjek : 1. Tidak terjadi lagi peningkatan oxygen uptake-nya, meskipun latihan ditingkatkan lagi 2. Konsentrasi laktat darah melebihi 8 9 mm (pada anak-anak dan orang tua sangat sulit untuk sampai pada nilai ini) Pada gb 7-3c nampak bahwa 250 watt telah cukup untuk mengungkap nilai max. subjek (3,5 lt / min), tetapi subjek tidak lelah sekali dengan kadar lakat tersebut. Subjek sebenarnya dapat bertahan dengan 300 watt dengan waktu yang sama (all out test is not necessary for assessment of an individual s max. aerobic power) 12

13 Semakin besar tingkat latihan, semakin tajam peningkatan oxygen uptake-nya (dan HR). Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 7-4. Setelah 10 min latihan pada tingkat 50 % max. oxygen uptake dan intensitas watt sampai kelelahan benar. Toleransi waktu latihan : 6 min (300 watt) sampai < 2 min (beban terberat). Oxygen uptake waktu akhir (seluruh eksp= 4,1 lt / min). Sekalipun demikian, setelah 1 min latihan yg sangat berat, oxygen uptake = 4,0 lt / min (intensitas supermaximal), tetapi hanya 3,0 lt /min selama tingkat kerja berat 300 watt, yang tak dapat ditoleransi > 6 min. 13

14 Gb 7-4 Kurva peningkatan oxygen uptake selama latihan berat. tanda panah menunjukkan waktu subjek harus berhenti karena kelelahan. Subjek boleh melanjutkan latihan dengan power 275 watt > 8 min. 14

15 Implikasi dari eksperimen tersebut adalah : 1. Pada riset dimana oxygen uptake yang diukur, maka pengukuran lainnya dapat dimulai setelah 1 min latihan, yg menunjukkan bahwa tingkat latihan sangat berat (supermaximal) dan diawali dengan pemanasan 2. Waktu latihan 1 min atau kurang dapat menambah sistem transportasi oksigen secara maksimal. 3. Pertanyaan menarik : mengapa kemampuan untuk meningkatkan oxygen uptake secara maks selama 1 min tidak digunakan untuk latihan yang berlangsung lama 5 10 min yang ditandai dengan oxygen deficit selama menit pertama. 15

16 2.2 Recovery Diperlukan waktu 60 min atau lebih sebelum oxygen uptake dan tingkat metabolisme aerobik kembali ke tingkat istirahat sebelum latihan. Setelah latihan berat teridentifikasi 3 fase : 1. Pertama, a fast exponential component dalam penurunan oxygen uptake dengan waktu sekitar 15 det. Kemungkinan fase cepat ini dikaitkan dengan penambahan simpanan ATP dan PCr (aerobik) dan refill simpanan oksigen dalam tubuh (myoglobin dan hemoglobin). Selama min pertama recovery terjadi resintesa yang cepat dari the energy rich phosphates Gambaran realitas refill simpaan oksigen yang kosong sekitar 0,5 liter dan nilai oksigen untuk produksi ATP dan PCr 1 5 liter 16

17 2. Lalu muncul komponen lambat yang lebih kompleks yang setelah latihan berat mempunyai waktu sekitar 7 min. Proses ini diatribusikan sebagai nilai eliminasi energi dari laktat yang diproduksi, yaitu pelunasan lactic oxygen debt. Brooks dkk menyebut nya sebagai excess postexercise oxygen consumption (EPOC) 3. Setelah latihan terus-menerus, maka terjadi sedikit metabolisme yang meningka & berakhir beberapa jam, bahkan sampai 24 jam. Oksigen yang dikonsumsi selama ultra slow phase disebabkan oleh stimulasi substrate cycles 17

18 2.3 Intermittent Exercise Kerja otot selama Olahraga rekreasi sangat jarang dipertahankan dlm waktu yang sangat lama pada tingkat steady. Karena alasan ini, maka steady state jarang diperoleh. Beberapa prinsip-prinsip yang paling penting dari beberapa eksperimen tentang latihan ini : 1. Subjek dengan max.oxygen uptake 4,6 lt / min dapat berlatih dg intensitas 350 watt selama 8 min. Karena kebutuhan oksigen hampir 5,2 lt / min, maka proses anaerobik harus memberikan sebagian energinya. Ketika intensitas diturunkan sampai 175 watt, maka latihan dapat diperlama sampai 60 min, HR akhir 135 dan oxygen uptake 2,45 lt / min, dan konsentrasi laktat darah tidak meningkat di atas tingkat istirahat. Oxygen uptake total selama 1 jam = 145 lt 18

19 2. Eksp. Lain dengan subjek sama, tingkat latihan = 350 watt, tetapi waktu istirahatnya 3 min diselang dg istirahat 3 min. Subjek mendapat kesulitan melakukan latihan selama 1 jam dengan jumlah kerja yg sama dengan eksp 1. Oxygen uptake dan HR nya sekarang maksimal, dan konsentrasi laktat darah tertinggi 13,2 mm. Output energi totalnya 10 % > tinggi dari yg pertama. 3. Ketika waktu latihan berat diperpendek dg memberikan waktu istirahat > sering, maka oxygen uptake total selama > 1 jam menurun. Oxygen uptake, HR, dan konsentrasi laktat darahnya sekarang lebih rendah. Maka dg intermittent exercise dan istirahat 30 det, HR tidak melebihi 150, laktat darahnya hanya 2,2 mm, dan oxygen uptake totalnya = 154 lt selama 1 jam (Max HR subjek = 190) 19

20 2.4 Prolonged Exercise Individu yang terlatih (sedang) mampu berjalan atau berlari selama 1 jam dg oxygen uptake sekitar 50 % dari VO2 max-nya, mempertahankan oxygen uptake, HR, dan CO pada tingkat yg hampir sama dengan setelah latihan 5 min. Konsentrasi laktatnya pada otot-otot aktif dan darah tidak meningkat, yg menunjukkan steady state (gb 7-6a) Gb 7-6b menunjukkan eksp dimana latihan dilakukan 7 kali 50 min dg oxygen uptake 50 % dari nilai maksimalnya. Subjek istirahat 10 min diantara latihan, dan setelah 4 jam latihan (cycling bergantian dg lari). 20

21 Gb 7-6a- Parameter metabolik selama 1 jam latihan dg intensitas mendekati 50 % max.aerobic pwer-nya 21

22 Jelaslah bahwa max. aerobic power seseorang memainkan peran penting bagi performanya. Jika latihan menuntut oxygen uptake 2,0 lt / min, maka orang dengan max. oxygen uptake 4,0 lt / min masih berada pada batas keselamatan, tetapi seseorang dengan 2,5 liter yg harus berlatih mendekati batas maksimum, konsekuensinya equilibrium internalnya semakin lebih terganggu. Dalam prolonged exercise, motivasi, kondisi latihan, balans air, dan gudang energi yg tersedia penting untuk kapasitas performa. Harus ditekankan pula bahwa faktor efisiensi dan teknik merupakan faktor yg menentukan bagi energy cost dari aktivitas yg menuntut skill seperti renang dan cross-country skiing. 22

23 3. PROSES ANAEROBIK Selama latihan ringan, energi yg dibutuhkan dapat diciptakan dengan proses aerobik. Tetapi selama latihan yang lebih berat, proses anaerobik ikut ambil bagian dlm pembentukan energi. Anaerobik, proses metabolik yg menghasilkan energi memainkan peranan penting sewaktu beratnya latihan meningkat. Aerobic power selama latihan dapat diperoleh secara akurat dg mengukur oxygen uptake. Energi yg dihasilkan dari pemecahan ATP dan PCr sangat diperlukan, tetapi secara kuantitatif persediaan simpanan energi posfat tinggi tsb hanya dapat meliput kebutuhan energi selama latihan maksimal yg kurang dari 10 det. 23

24 3.1 Power dan Kapasitas Pemecahan Posfat Energi Tinggi Pendekatan untuk mengkalkulasi alactic power adalah menghitung energi total yg dihasilkan dalam senyawa ATP dan PCr. Dg konsentrasi yg tidak diketahui, seseorang dpt sampai pd max.aerobic alactic energy yield (kapasitas) per kg otot jika senyawa posfat seluruhnya habis terpakai (exhausted). Dengan konsentrasi ATP 5 mmol / kg otot fit dan konsentrasi PCr 17 mmol / kg, maka potensi energi total yg dihasilkan hampir 0,9 kj (0,2 kcal). Equivalensi kebutuhan oksigen untuk energi aerobik yg dihasilkan hanya 0,8 lt. Dg kata lain, hanya sedikit oxygen deficit yg dapat diliput oleh pemecahan ATP dan PCr. 24

25 3.2 Power dan Kapasitas Pemecahan Glikogen Anaerobik Gb 7-8 menunjukkan data riset dari subjek yg melakukan latihan 2,63 min dengan external power mendekati 400 watt dg tuntutan energi 295 kj (70 kcal). Oxygen uptake total selama bersepeda = 7 liter. Penambahan 0,5 lt dari simpanan oksigen, maka energi aerobik yg dihasilkan = 160 kj (38 kcal). Oleh karenanya, kontribusi anaerobik = 135 kj (32 kcal). Dimisalkan bahwa degradasi glikogen yg dihasilkan = 105 kj (25 kcal), maka produksi laktat sekitar 0,92 mol (83 g). Dlm hal ini, anaerobic power rata-rata = 650 watt. Tingkat degradasi maks glikogen dikalkulasi = 175 mmol / min 25

26 Gb 7-8 Kebutuhan energi yg dihitung selama latihan 2,36 min pada cycle ergometer (kolom menunjukkan 295 kj, 70 kcal) 26

27 4. PRODUKSI, DISTRIBUSI, DAN HILANGNYA LAKTAT 4.1 Time course Konsentrasi Laktat Darah Sangatlah sederhana untuk menentukan konsentrasi laktat darah, yang merupakan indeks metabolisme anaerob, tetapi tidak menunjukkan anaerobic power. Tingkat laktat yang meningkat dlm otot dan darah menunjukkan suplemen anaerobik terhadap produksi ATP aerobik. Oleh karenanya, dengan kondisi hypoxic (seperti high altitude), maka oxygen deficit dan konsentrasi laktat darah lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi normoxic. Pada saat istirahat, konsentrasi laktat darah sekitar 1mM. 27

28 4.2 Bagaimanakah nasib Laktat yang diproduksi? Dalam metabolisme aerobik glikogen terurai menjadi CO2 dan H2O, energi yg dihasilkan untuk produksi ATP adalah 2813 kj (672 kcal) per unit 6 karbon. Hanya sekitar 8 % digunakan dalam pemecahan anaerobik menjadi laktat. Sekalipun demikian, laktat yg diproduksi tdk dibuang. Tanpa kehilangan energi, proses perubahan pyruvate menjadi laktat dpt terjadi sebaliknya. Pada proses itu terdapat 2 alternatif rute : a). Pyruvate dpt dioksidasi, atau b). Menjadi media (substrate) untuk sintesa glukosa dan glikogen. Ketika dioksidasi menghasilkan 92 % sbg energi, dan otot jantung, otot rangka dpt menggunakan laktat sbg substrate. 28

29 4.3 Bagaimanakah Continued Light Exercise berpengaruh thd Pemindahan Laktat Newman dkk (1937), menyatakan bahwa pemindahan laktat yg terakumulasi dlm tubuh setelah latihan yg melelahkan meningkat, yaitu jika selama recovery subjek melanjutkan latihan dg intensitas yg lebih rendah (normalnya tdk memproduksi laktat). Belcastro dan Bonen (1975), melaporkan bahwa tingkat pemindahan yg optimal terjadi ketika recovery yg memberikan oxygen uptake < 50 % maksimumnya. McLellan dan Skinner (1982), menyatakan intensitas recovery aktif mendekati 10 % max.oxygen uptake. Laktat digunakan sbg media dlm otot-otot aktif, sebagian menggantikan glikogen, glukosa, dan asam lemak bebas. 29

30 5. INTERAKSI HASIL ENERGI AEROBIK & ANAEROBIK Tabel 7-1 menunjukkan kontribusi dari proses aerobik dan anaerobik terhadap energi output dengan latihan maksimal yg melibatkan otot-otot besar. Max. aerobic power individu = 200 kj / min, equivalen dg 9 liter oxygen uptake dlm latihan aerobik. Dimisalkan bahwa 100 % max. oxygen uptake dpt dipertahankan dlm 10 min, 95 % utk 30 min, 85 % utk 60, dan 80 % utk 120. Untuk latihan dg waktu sampai 2 min, anaerobic power lebih penting dari pada kontribusi aerobik; pd waktu 2 min rasio 50 : 50, dan prolonged exercise aerobic power > dominan (lihat gb 7-10) 30

31 Tabel

32 Gb Kontribusi persentase energi total yg dihasilkan dari proses aerobik dan anaerobik 32

33 5.1 Ambang batas Anaerobik (Anaerobic Threshold) Konsep ini dikenal untuk mendefinisikan titik (batas) ketika metabolic acidosis dan perubahan-perubahan yg berkaitan selama pertukaran gas pd paru, terjadi selama graded exercise. Usaha-usaha telah dilakukan untuk meningkatkan oxygen uptake yg berkaitan dg max. aerobic power seseorang ketika konsentrasi laktat darahnya mulai meningkat (lambat) selama latihan terus-menerus. Intensitas kerja pada breaking point ini dinamakan anaerobic threshold atau onset of blood lactate accumulation (OBLA) Atlet yg berpengalaman (OR endurance) mengetahui benar dg tingkat kecepatan berapa dpt ditoleransi tanpa kelelahan yg mengakibatkan akumulasi laktat. 33

34 6. MAXIMAL AEROBIC POWER USIA & JENIS KELAMIN 6.1 Usia Chronological age bukan merupakan rujukan yg sangat baik ketika menganalisis data biologis, terutama pada kasus anakanak. Peak height velocity (perkembangan karakteristik sex yg berkaitan dengan pertumbuhan) pd wanita terjadi pada awal usia 9 setengah tahun. Pada individu yg lanjut usia, kode genetika lebih berpengaruh terhadap fungsi sistem terpenting dari performa fisik dari pd lingkungan dan life style. Sekalipun demikian, perubahan pd gaya hidup dapat mengubah usia biologis. 34

35 6.2 Maximal Aerobic Power Nilai Absolut Maximal aerobic power adalah oxygen uptake tertinggi yg dapat diperoleh selama latihan (breathing air at sea level). Untuk mengukur apakah max oxygen uptake-nya sudah diperoleh atau belum = mengukur oxygen uptake yg lebih rendah dari yg diharapkan dari tingkat kerja, dan atau konsentrasi asam laktat darah yg > tinggi dari 8 mm. Informasi yg diperlukan utk mengukur max oxygen uptake adalah mengukur (1) output energi maks dari proses aerobik, dan (2) kapasitas fungsional sirkulasi, karena terdapat korelasi tinggi antara max cardiac output (dan stroke volume) dg max aerobic power. 35

36 6.3 Maximal Aerobic Power kaitannya Ukuran Tubuh Selama kerja dan latihan dimana tubuh diangkat (seperti berjalan, lari, mendaki), oxygen uptake potensial yg berkaitan dg berat tubuh lebih relevan dari pada dg liter / min. Gb 7-15 menunjukkan data dari eksp gb 7-13, tetapi max aerobic powernya dinyatakan dlm mililiter O2 per kg berat badan. Utk anak wanita dan laki-laki tak terdapat perbedaan max aerobic power yg signifikan sampai usia 10 th. Nilai max aerobic power tertinggi = 94 ml / kg / min utk laki, dan 77 ml / kg / min wanita atlet ski cross country. 36

37 Gb 7-15 Nilai rata-rata max oxygen uptake dinyatakan dlm ml/kg/min 37

38 6.4 Max Oxygen Uptake Tinggi tdk menjamin Performa Top Gb menunjukkan bagaimana performa fisik berkaitan dengan max oxygen uptake dg keterlibatan sekelompok otototot besar selama beberapa menit. Tak seorangpun dapat memperoleh hasil top dengan latihan tanpa aerobic power yg tinggi. Sebaliknya, aerobic power tinggi tidak menjamin performa baik, karena teknik, kondisi latihan, dan faktorfaktor psikologis mempengaruhi secara positif dan negatif. Shephard (1984) melaporkan bahwa koefisien korelasi dari 0,04 0,90. Kesimpulannya, data tentang max oxygen uptake tidak menjelaskan potensi seseorang untuk menampilkan dg baik aktivitas yg menuntut aerobic power. 38

39 Gb Gambaran skema pentingnya max aerobic power bagi performa fisik dan peran teknik serta motivasi dlm mengubah performa 39

40 7. ANAERBOBIC POWER, USIA & JENIS KELAMIN Menurut di Prampero, laki-laki rata-rata % > unggul dari pd wanita dalam max alactic anaerobic power. Orang dg usia 60 th mempunyai alactic anaerobic power 60 % dari nilai usia 20 th. Konsentrasi laktat darah pd otot dan darah tidak mencerminkan anaerobic power atau kapasitas. Sekalipun demikian, hal itu memberikan informasi tentang lingkungan internal setelah kelelahan. Tak ada perbedaan jenis kelamin yg signifikan pd konsentrasi laktat puncaknya. 40

41 9. PERFORMA DLM OLAHRAGA LAKI VS WANITA Dalam berbagai pertandingan olahraga, laki dan wanita bersaing dengan kondisi lingkungan yg sama dan komparasi hasilnya dijustifikasi dengan evaluasi kebugaran yg dikaitkan dg jenis kelamin. Dlm kompetisi lari, rekor dunia 1984 wanita rata-rata 10 % di bawah laki. Dlm 100 m 8,5 %, maraton 12 % lebih lambat. Lompat jauh 25 %, sepeda 12 %, renang 6-10 % (kecil, karena efisiensi teknik). Performa wanita dlm kompetisi olahraga, hasilnya sangat mendekati laki. Atlet lari wanita dunia mempunyai lemak tubuh yg hampir sama dg pelari laki, yaitu di bawah 10 %. Jumlah lemak yg kecil yg dibawa saat lari merupakan keuntungan. 41