Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas terhadap Respon Termoregulasi

Transkripsi

1 Petunjuk Sitasi: Wijayanto, T., Bratadewi, V. K., Prakasa, H. S., & Rahman, G. F. (2017). Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas terhadap Respon Termoregulasi. Prosiding SNTI dan SATELIT 2017 (pp. B ). Malang: Jurusan Teknik Industri Universitas Brawijaya. Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas terhadap Respon Termoregulasi Titis Wijayanto (1), Valentina K. Bratadewi (2), Harendrasena S. Prakasa (3), Ghani F.A. Rahman (4) (1), (2), (3), (4) Program Studi Teknik Industri, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada Jl Grafika no 2 Yogyakarta (1) twijaya@ugm.ac.id ABSTRAK Aktivitas di lingkungan panas dengan kelembaban tinggi berisiko meningkatkan suhu inti tubuh selama beraktivitas. Hal ini tentunya akan menimbulkan terjadinya heat strain dan dapat menurunkan performansi. Untuk mengantisipasi hal tersebut, teknik internal pre-cooling dapat diaplikasikan sebelum melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas. Penelitian ini mengkaji tentang pengaruh asupan ice slurry yang terbuat dari air kelapa muda sebelum melakukan aktivitas fisik sebagai teknik internal pre-cooling terhadap respon termoregulasi tubuh di lingkungan panas. Sembilan orang mahasiswa laki-laki (usia: 22,1±0,9 tahun; tinggi 169,8±3,1 cm; berat badan 70,8±4,2 kg) melakukan aktivitas lari di atas treadmill dengan beban setara 65% HRmax selama 30 menit dan dilanjutkan dengan 30 menit recovery di ruang terkondisi yang diatur dengan temperature udara 36,6±0,8ºC dan kelembaban 72±6%. Eksperimen dilaksanakan pada dua kondisi, yaitu kondisi tanpa asupan cairan (KON), kondisi dengan asupan ice slurry berbahan air kelapa muda 30 menit sebelum melakukan aktivitas fisik. Asupan yang diberikan pada fase pre-cooling adalah air kelapa kemasan (Hydro Coco) dalam bentuk ice slurry (temperatur -1.4ºC) sebanyak 7,5mL per kg masa tubuh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa mengkonsumsi ice slurry sebelum aktivitas fisik memberikan hasil yang signifikan dalam menurunkan temperatur timpani di akhir aktivitas fisik dibandingkan tanpa asupan minuman. Selain itu, pemberian ice slurry juga menunjukkan adanya efektivitas dalam menurunkan denyut jantung dan meningkatkan heat capacity pada fase pre-exercise sehingga dapat memberikan dampak positif dalam pengaturan termoregulasi di dalam tubuh. Dari hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa ice slurry berbahan air kelapa muda dapat digunakan sebagai alternatif internal pre-cooling yang efektif dalam menurunkan heat strain ketika melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas. Kata kunci Internal Pre-cooling, Ice Slurry, Respon Termoregulasi, Heat Strain I. PENDAHULUAN Aktivitas fisik di lingkungan panas, seperti aktivitas pemadam kebakaran, aktivitas di industri, operasi dan latihan militer, dan olahraga, dapat menyebabkan suhu tubuh meningkat yang proporsional dengan kenaikan metabolic heat production. Ketika suhu ini meningkat pesat dan melebihi ambang batas yang diizinkan untuk bekerja di lingkungan yang panas, tubuh manusia akan mengalami heat strain yang dapat menyebabkan penurunan kinerja. Selain itu, peningkatan suhu inti dapat mengakibatkan pekerja mengalami risiko terjadinya heat related illness yang tentunya akan mengancam keselamatan pekerja. Salah satu cara yang efektif dalam menurunkan suhu inti tubuh adalah melalui evaporative heat loss di mana panas dari dalam tubuh dikeluarkan ke lingkungan melalui evaporasi keringat. Akan tetapi, dalam beberapa kasus, terutama dengan penggunaan pakaian kerja yang biasanya memiliki thermal resistant yang tinggi, permeabilitas uap air rendah, dan enkapsulasi tinggi, dapat menghalangi evaporasi keringat dalam melepaskan kalor ke lingkungan. Sejumlah penelitian telah banyak dilakukan untuk dengan memfokuskan pada pengurangan heat strain yang dialami ketika beraktivitas fisik di lingkungan panas dengan mengaplikasikan B-106

2 Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas Terhadap Respon Termoregulasi teknik pendinginan tubuh (body cooling techniques), baik sebelum (precooling), sesudah (post cooling), ataupun ketika melakukan aktivitas (percooling). Teknik pendinginan tubuh sebelum aktivitas atau precooling terbagi menjadi dua, yakni teknik pendingan eksternal (external precooling) seperti whole body immersion (Barwood et al., 2009; Walker et al., 2014), hand and forearm immersion (Giesbrecht et al., 2007; Selkirk et al., 2004), dan pendinginan tubuh menggunakan cooling vest yang dipakai di bawah coverall kerja (Barr et al., 2010; Choi et al., 2008; Chou et al., 2008), dan teknik pendinginan internal (internal precooling) seperti pemberian konsumsi minuman dingin dalam bentuk cair ataupun dalam bentuk ice slurry (Daanen et al., 2015; Lee et al., 2008; Schulze et al., 2015). Beberapa tahun belakangan, internal precooling technique dengan menggunakan ice slurry banyak diteliti untuk melihat efektivitasnya dalam menurunkan heat strain ketika beraktivitas fisik di lingkungan panas. Banyak penelitian telah melaporkan bahwa teknik pendingin internal melalui pemberian konsumsi minuman sebelum aktivitas fisik cukup efektif dalam mencegah hipertermia dan mampu meningkatkan kinerja dan daya tahan dalam panas (Lee et al., 2008; Yeo et al., 2012). Penelitian Siegel et al. (2010) dan Yeo et al. (2012) menunjukkan bahwa asupan ice slurry sebelum aktivitas fisik mampu menurunkan temperatur inti tubuh sebesar 0,4-0,5ºC yang disertai dengan penurunan persepsi thermal sesaat sebelum memulai aktivitas fisik. Penelitian terkait pemberian asupan minuman dalam bentuk ice slurry sebagai teknik internal precooling banyak dilakukan dengan pemberian rasa dan aroma seperti menthol (Riera et al., 2014; Trong et al., 2015), sport drinks (Siegel et al., 2012; Yeo et al., 2012; Stevens et al., 2016) ataupun menggunakan minuman elektrolit (Maunder et al., 20 17). Ranchordas et al. (2017) menyebutkan bahwa sports drink yang mengandung karbohidrat dan nitrat bermanfaat untuk menjaga ketahanan tubuh ketika melakukan aktivitas di lingkungan panas, sehingga penggunaan minuman dengan rasa dalam bentuk ice slurry banyak digunakan dalam teknik precooling. Air kelapa muda merupakan alternatif sports drink berbahan alami yang banyak diminati ketika melakukan aktivitas fisik seperti olah raga (Kalman et al., 2012). Beberapa penelitian terdahulu menyebutkan bahwa air kelapa murni dapat digunakan sebagai solusi rehidrasi tubuh setelah melakukan aktivitas fisik yang menyebabkan dehidrasi (Saat et al., 2002) dan memiliki tingkat rehidrasi yang sama seperti minuman isotonik (Kalman et al., 2012). Hal ini disebabkan oleh kandungan alami elektrolit seperti kalium, natrium, magnesium, dan kalsium yang terkandung dalam air kelapa muda (Yong et al., 2009). Penelitian terdahulu lebih banyak meneliti terkait pengaruh konsumsi air kelapa terhadap status hidrasi dan respon subjektif (Saat et al., 2002; Ismail et al., 2007). Meskipun demikian, belum banyak penelitian yang meneliti bagaimana efektivitas pemberian air kelapa ice slurry terhadap penurunan heat strain dalam teknik internal precooling sebelum melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas. Dengan melihat ketersediaannya yang melimpah di Indonesia dan potensi dari air kelapa sebagai alternatif sport drink, maka penelitian lebih lanjut perlu dikembangkan di Indonesia terutama digunakan sebagai minuman untuk teknik precooling sebelum melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas. Dari latar belakang tersebut, penelitian ini bertujuan untuk mengkaji tentang pengaruh asupan ice slurry yang terbuat dari air kelapa muda sebelum melakukan aktivitas fisik sebagai teknik internal precooling terhadap respon termoregulasi tubuh di lingkungan panas. II. METODE PENELITIAN A. Subjek Penelitian Subjek penelitian ini adalah mahasiswa laki-laki yang aktif berolahraga sebanyak 10 orang dengan rata-rata usia 22.1 ± 0.9 tahun, tinggi badan 169,8 ± 3, 1 cm, berat badan 70,8 ± 4,2 kg, body surface area 1,8 ± 0,1 m2). Subjek memiliki aktivitas fisik dan tingkat aklimatisasi terhadap lingkungan panas yang sama, serta berada dalam kondisi sehat pada saat melakukan eksperimen. Sebelum mengikuti eksperimen, subjek diberikan penjelasan terkait detail eksperimen yang akan dilakukan dan mereka diminta untuk menandatangani informed consent sebagai syarat kesediaan untuk berpartisipasi dalam penelitian ini. B-107

3 Wijayanto, Bratadewi, Prakasa, Rahman B. Prosedur Penelitian Tahapan awal penelitian ini adalah pengukuran beban kerja maksimum dengan berlari di treadmill menggunakan metode Bruce (Haff and Dumke, 2012). Pada tahapan ini, subjek diminta melakukan aktivitas fisik menggunakan treadmill dengan kecepatan awal 2,7 km/jam dan kemiringan 0% selama 3 menit, kemudian kecepatan dan kemiringan akan dinaikan setiap 3 menit hingga subjek merasa lelah atau mencapai kemampuan maksimal (denyut jantung maksimal (HR max ) yang akan ditetapkan sebagai beban kerja maksimal. Kecepatan dan kemiringan lari masing-masing subjek pada eksperimen utama ditentukan berdasarkan kemampuan setara dengan 65% HR max yang diukur pada tahapan pertama. Tahapan selanjutnya adalah aktivitas fisik menggunakan beban kerja 65% HR max. Aktivitas fisik dilakukan di ruang terkondisi. Eksperimen dibagi menjadi 3 tahapan, yakni tahapan penyesuaian ruang terkondisi (baseline) selama 30 menit di ruang terkondisi yang diatur dengan temperatur udara 36,6±0,8ºC dan kelembaban relatif 72±6%, tahapan aktivitas berjalan di atas treadmill (aktivitas fisik) selama 30 menit dan diakhiri dengan tahapan recovery selama 30 menit di ruang terkondisi dengan temperatur udara 36,6±0,8ºC dan kelembaban relatif 72±6%. Setiap subjek menerima dua perlakuan di hari yang berbeda, yakni perlakuan tanpa asupan air kelapa muda (kondisi Kontrol) dan perlakuan dengan pemberian asupan air kelapa muda berbentuk ice slurry (suhu -1,4ºC) sebanyak 7,5 ml per kg masa tubuh sebagai precooling yang diberikan pada 30 menit awal sebelum tahapan aktivitas fisik (kondisi ICE). Selama eksperimen berlangsung, tympanic temperature (T ty ) sebagai representasi temperatur inti tubuh diukur menggunakan sensor timpani (CE Thermo, Nipro Corporation, JAPAN) yang dipasangkan pada lubang telinga bagian kanan dan direkam setiap detik menggunakan PC. Temperatur kulit diukur menggunakan sensor temperatur yang dipasangkan pada 10 titik pengukuran (kepala, dada, perut, punggung atas, punggung bawah, lengan bawah, punggung tangan, paha, betis, dan punggung kaki) dan direkam setiap 2 detik menggunakan data logger (LT-8A; Gram Corporation, Japan). Data dari temperatur kulit kemudian dirata-rata menggunakan persamaan Hardy dubois untuk memperoleh rata-rata tempertur kulit (T sk ). Denyut jantung (HR) diukur dan direkam setiap detik menggunakan heart rate monitor (RS800, Polar Electro, Finland) yang dipasangkan pada dada. C. Margin Halaman Data T ty dan T sk diolah lebih lanjut untuk menentukan temperatur rata-rata tubuh (T b ) dengan menggunakan Persamaan (1). Body heat storage ( S) yang menunjukkan banyaknya panas yang tersimpan di dalam tubuh dihitung dari hasil perkalian masa tubuh (m body ), specific heat untuk tubuh manusia (c body =3480 JºC-1kg-1) dan kenaikan suhu tubuh dari baseline hingga akhir recovery seperti ditunjukkan pada Persamaan (2). (1) (2) Data yang diperoleh, baik dari hasil pengukuran ataupun perhitungan, dianalisis dengan menggunakan Repeated Measure ANOVA (RM ANOVA) dan dilanjutkan dengan uji post hoc dengan Bonferroni correction ketika diperoleh adanya signifikansi (P<0,05). Data disajikan dalam bentuk rata-rata ± standar deviasi (SD). III. HASIL DAN PEMBAHASAN T ty pada kondisi Kontrol relatif lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi precooling dengan pemberian air kelapa muda dalam bentuk ice slurry (ICE) mulai baseline hingga akhir fase recovery (Gambar 1(A)). Uji RM-ANOVA pada Tty menunjukkan adanya perbedaan signifikan antar waktu (P<0,01), antar kondisi (P<0,05), serta interaksi waktu dan kondisi (P<0,01). Uji post-hoc menunjukkan adanya perbedaan signifikan antara KON dan ICE terdapat perbedaan signifikan mulai dari menit ke-20 sampai dengan menit ke-60. Nilai tertinggi Tty terjadi pada menit ke-40 atau menit ke-10 setelah fase physical activity selesai untuk kedua kondisi, yaitu KON (37,78 ± 0,14ºC) dan ICE (37,46± 0,13ºC). Hasil ini sejalan dengan penelitian Yeo et al. (2012) yang menggunakan temperatur gastrointestinal sebagai representasi dari temperatur inti B-108

4 Tty (ºC) HR (bpm) Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas Terhadap Respon Termoregulasi tubuh. Temperatur gastrointestinal menunjukkan nilai lebih rendah sesaat setelah fase asupan ice slurry dibandingkan dengan asupan minum temperatur ruang baseline physical activity Waktu (menit) recovery Kontrol ICE (a) (b) Gambar 1 Perubahan (a) T ty dan (b) HR pada saat Baseline, Physical Activity, dan Recovery Setiap kondisi mengalami perubahan HR yang relatif sama, yaitu mengalami peningkatan pada saat physical activity selama tiga puluh menit, kemudian menurun pada fase recovery (Gambar 1(B)). HR mengalami peningkatan terbesar dibandingkan dengan kondisi dengan asupan ice slurry. Uji RM-ANOVA menunjukkan ada perbedaan signifikan antar waktu (P<0,01) dan antar kondisi (P<0,05), namun tidak ada perbedaan signifikan untuk interaksi antara waktu dan kondisi (P>0,05). Uji post-hoc menunjukkan ada perbedaan signifikan antara kondisi KON dan kondisi ICE pada 10 menit awal asupan air kelapa dalam bentuk ice slurry, menit ke-5 sampai dengan menit ke-10, menit ke-20 sampai dengan menit ke-35 dari physical activity, serta menit ke-50 pada saat recovery. Nilai HR tertinggi terjadi di akhir physical activity pada kondisi KON (130±4bpm) dan kondisi ICE (119±4bpm) dengan uji statistika menunjukkan adanya signifikansi antara kedua kondisi. Panas yang tersimpan di dalam tubuh ditunjukkan dengan nilai body heat storage ( S). Semakin tinggi nilai S, maka semakin tinggi panas yang tersimpan dalam tubuh. Kondisi kontrol mengalami peningkatan mulai pada fase baseline hingga physical activity, kemudian menurun pada fase recovery. Sementara itu pada kondisi ICE menunjukkan adanya penurunan S pada fase baseline kemudian mengalami peningkatan pada saat aktivitas fisik dan menurun perlahan saat recovery. Nilai S terendah pada saat baseline terjadi ketika asupan air kelapa dalam bentuk ice slurry diberikan. S pada kondisi ICE lebih rendah dibandingkan dengan kondisi control sejak menit ke-15 physical activity hingga akhir fase recovery. Uji RM ANOVA menunjukkan adanya perbedaan yang signifikan antar waktu (P<0,01), antar kondisi (P<0,01), maupun interaksi antar waktu dan kondisi (P<0,01). Kondisi KON dan kondisi ICE berbeda signifikan pada 5 menit setelah asupan hingga menit ke-5 fase physical activity (P<0,05). Nilai S tertinggi terjadi pada kondisi KON (60,24±4,96W/m2), secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan kondisi ice slurry (47,53±3,15W/m2) yang terjadi saat menit ke-35 (P<0,05). Ice slurry terbuat dari jutaan partikel es yang ukurannya sangat kecil, sehingga memberikan area permukaan yang lebih luas untuk kapasitas penyimpanan panas. Transfer panas terjadi melalui konduksi ketika partikel es bersentuhan dengan jaringan tubuh sesaat setelah ice slurry memasuki tubuh. Adanya asupan ice slurry ini memungkinkan terjadinya penyerapan panas yang dibutuhkan dalam proses perubahan fase es dalam bentuk padat ke dalam bentuk cair (Tan and Lee, 2015). Proses ini terjadi dengan cepat setelah asupan ice slurry diberikan, sehingga efeknya langsung tampak pada saat fluid ingestion pada fase baseline hingga menit ke-5 ketika melakukan aktivitas fisik baseline physical activity Waktu (menit) recovery Kontrol ICE IV. PENUTUP Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa pemberian asupan air kelapa dalam bentuk ice slurry sebagai precooling atau sebelum melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas memiliki pengaruh signifikan terhadap respon fisiologis, terutama pada penurunan temperatur timpani, temperatur tubuh, dan denyut jantung. Selain itu, pemberian ice slurry sebelum aktivitas B-109

5 Wijayanto, Bratadewi, Prakasa, Rahman fisik juga menunjukkan adanya efektivitas dalam meningkatkan heat capacity pada fase preexercise sehingga dapat memberikan dampak positif dalam pengaturan termoregulasi di dalam tubuh. Dari hasil tersebut, dapat disimpulkan bahwa ice slurry berbahan air kelapa muda dapat digunakan sebagai alternatif internal precooling yang efektif dalam menurunkan heat strain ketika melakukan aktivitas fisik di lingkungan panas. DAFTAR PUSTAKA Barwood, M.J., Davey, S., House, J.R. and Tipton, M.J., Post-exercise cooling techniques in hot, humid conditions. European Journal of Applied Physiology, 107(4): 385. Choi, J.W., Kim, M.J. and Lee, J.Y., Alleviation of heat strain by cooling different body areas during red pepper harvest work at WBGT 33ºC. Industrial Health, 46: Chou, C., Tochihara, Y., Kim, T. and Physiological and subjective responses to cooling devices on firefighting protective clothing. European Journal of Applied Physiology, 104: Daanen, H.A., Peerbooms, M., van den Hurk, C.J., van Os, B., Levels, K., Teunissen, L.P. and Breed, W.P., Core temperature affects scalp skin temperature during scalp cooling. International Journal of Dermatology, 54(8): Giesbrecht, G.G., Jamieson, C. and Cahill, F., Cooling hyperthermic firefighters by immersing forearms and hands in 10 ºC and 20º C water. Aviation Space Environment Medicine 78: 7. Haff, G. G. and Dumke, C., 2012, Laboratory Manual for Exercise Physiology, Human Kinetics, 1st ed., Human Kinetics, United States of America. Ismail, I., Singh, R., and Sirisinghe, R.G., 2007, Rehydration with Sodium- Enriched Coconut Water After Exercise-Induced Dehydration, The Southeast Asian Journal of Tropical Medicine Public Health, Vol.38, pp Kalman, D.S., Feldman, S., Krieger, D.R. and Bloomer, R.J., Comparison of coconut water and a carbohydrate-electrolyte sport drink on measures of hydration and physical performance in exercisetrained men. Journal of the International Society of Sports Nutrition, 9(1): 1. Lee, J.K.W., Shirreffs, S.M. and Maughan, R.J., Cold drink ingestion improves exercise endurance capacity in the heat. Med Sci Sports Exer, 40: 8. Ranchordas, M.K., Hudson, S. and Thompson, S.W., Nutrition for Extreme Sports. In: F. Feletti (Editor), Extreme Sports Medicine. Springer International Publishing, Cham, pp Riera, F., Trong, T.T., Sinnapah, S. and Hue, O., Physical and perceptual cooling with beverages to increase cycle performance in a tropical climate. PloS one, 9(8): e Saat, M., Singh, R., Sirisinghe, R.G. and Nawawi, M., Rehydration after exercise with fresh young coconut water, carbohydrate-electrolyte beverage and plain water. Journal of physiological anthropology and applied human science, 21(2): Schulze, E., Daanen, H.A., Levels, K., Casadio, J.R., Plews, D.J., Kilding, A.E., Siegel, R. and Laursen, P.B., Effect of thermal state and thermal comfort on cycling performance in the heat. Int J Sports Physiol Perform, 10(5): Selkirk, G.A., McLellan, T.M. and Wong, J., Active versus passive cooling during work in warm environments while wearing firefighting protective clothing. Journal of occupational and environmental hygiene, 1(8): Siegel, R., Mate, J., Watson, G., Nosaka, K., and Laursen, P.B., 2012, Pre-cooling with Ice Slurry Ingestion Leads to Similar Run Times to Exhaustion in the Heat as Cold Water Immersion, Journal of Sports Sciences, Vol.30, pp Stevens, C.J., Thoseby, B., Sculley, D. V., Callister, R., Taylor, L., and Dacombe, B.J., 2016, Running Performance and Thermal Sensation in the Heat are Improved with Menthol Mouth Rinse but not Ice Slurry Ingestion, Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, Vol.26, pp Trong, T.T., Riera, F., Rinaldi, K., Briki, W. and Hue, O., Ingestion of a cold temperature/menthol beverage increases outdoor exercise performance in a hot, humid environment. PloS one, 10(4): e Tan, P. M. S. and Lee, J. K. W., 2015, The Role of Fluid Temperature and Form on Endurance Performance in The Heat, Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports, Vol.25, pp Walker, A., Driller, M., Brearley, M., Argus, C. and Rattray, B., Cold-water immersion and icedslush ingestion are effective at cooling firefighters following a simulated search and rescue task in a hot environment. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 39(10): Yeo, Z., Fan, P., Nio, A., Byrne, C. and Lee, J., Ice slurry on outdoor running performance in heat. International journal of sports medicine, 33(11): B-110

6 Pengaruh Asupan Ice Slurry Sebelum Melakukan Aktivitas Fisik di Lingkungan Panas Terhadap Respon Termoregulasi Yong, J., Ge, L., Fei, Y., and Tan, S., 2009, The Chemical Composition and Biological Properties of Coconut (Cocos nucifera L.) Water, Molecules, Vol. 14, pp B-111