Respon Sistem Kardiovaskular terhadap Olahraga Dr Ikhlas M

Respon Sistem Kardiovaskular terhadap Olahraga Dr. Ikhlas M. Jenie

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.

Olahraga dan respon tubuh Olahraga adalah kondisi yang menimbulkan stres pada tubuh. Pada saat berolahraga, jaringan tubuh memerlukan oksigen dan nutrisi yang 20 x lebih tinggi dari normal. Untuk mengangkut oksigen yang cukup dari paru-paru ke jaringan tubuh diperlukan curah jantung yang meningkat 5 -6 x normal.

Maratoner dapat mencapai curah jantung 40 L/menit atau 7 -8 x lipat nilai normal.

Pengaruh training terhadap jantung dan curah jantung Curah jantung (cardiac output) atlet (endurance) >40% non-atlet Hipertrofi Curah jantung Pelebaran bilik jantung Penebalan dinding jantung normal saat istirahat Optimalisasi volume sekuncup jantung (stroke volume) daripada frekuensi denyut jantung (heart rate)

Cardiac Volume Changes End-diastolic volume (EDV) Stroke volume (SV) Ejection volume = 70 ml End-systolic volume (ESV) Normal filling of ventricle = 110 -120 ml Remaining volume after ejection Ejection fraction (EF) SV = 60% EDV = EDV – SV = 40 -50 ml

Cardiac Volume Changes Cardiac Output (CO) = Stroke Volume (SV) x Heart Rate (HR) = 70 ml x 70 bpm = 4900 ml

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

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

Hubungan VO 2 maks dengan intensitas olahraga VO 2 maks Intensitas Olahraga <50% Rendah 50 -70% Sedang >70% Tinggi

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

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)

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

Faktor-faktor yang meningkatkan curah jantung saat olahraga 2) 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

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, 5 x normal -- > peningkatan dorongan terhadap darah pada pembuluh darah perifer yang kembali ke jantung -- > peningkatan alir balik vena -> peningkatan curah jantung

Faktor-faktor yang meningkatkan curah jantung selama berolahraga 3) Aktivasi serabut simpatis vasodilator pada otot rangka -- > vasodilatasi pembuluh darah otot rangka

Mekanisme perangsangan simpatis pada olahraga 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 1.

Mekanisme perangsangan simpatis pada olahraga 2. 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

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

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 -3 x normal -- > peningkatan alir balik vena --> peningkatan curah jantung : 30 -80% dalam 1 -2 denyut jantung, yang berlangsung sebelum otot rangka memerlukan aliran darah ekstra

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

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.

Aliran darah ke otot rangka selama olahraga

Aliran darah ke otot rangka saat olahraga Saat istirahat, rerata aliran darah ke otot rangka sebesar 3 -4 m. L/menit Selama olahraga, terjadi peningkatan aliran darah ke otot rangka -- > 13 x-25 x lipat atau sebesar 40 -90 m. L/menit

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.

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.

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

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 nutrisi dari kapiler ke serabut otot rangka -- > akan tetapi area permukaan difusi bertambah luas.

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

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

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.

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.

Pengaturan aliran darah ke otot rangka Bahan vasodilator lainnya yang dilepaskan oleh otot rangka yang berkontraksi adalah: Ion kalium Asetilkolin ATP Asam laktat CO 2

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

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

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.

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

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

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

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.

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

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.

Pengaturan sirkulasi saat olahraga Ada 1. 2. 3. 3 akibat utama yang terjadi saat olahraga yang berguna bagi sistem sirkulasi agar dapat menimbulkan peningkatan aliran darah seperti yang diperlukan oleh otot rangka Aktivasi masal s. s. simpatis Kenaikan curah jantung Kenaikan tekanan darah

Pengaturan sirkulasi saat berolahraga 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. 1.

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).

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.

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.

Pengaturan sirkulasi saat berolahraga 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 2.

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

Pengaturan sirkulasi saat berolahraga Rangsangan simpatis akan sangat meningkatkan pengisian sistemik rata-rata, hingga mencapai 30 mm Hg (4 x normal), yang berguna untuk meningkatkan alir balik vena. Penurunan resistensi pembluh darah saat berolahraga -> meningkatkan venous return.

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

Pengaturan sirkulasi saat berolahraga Sebagai tambahan 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

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 (2 x normal) daripada hanya didasarkan pada mekanisme Frank-Starling

Kurva curah jantung dan stroke volume

Pengaturan sirkulasi saat berolahraga 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. 3.

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.

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.

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.

Pengaturan sirkulasi saat olahraga Pada atlet yang terlatih dengan baik, aliran darah otot rangka dapat meningkat hingga 20 x 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 2 x lipat aliran darah perifer

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 >2 x, sedangkan bila tekanan arteri meningkat di atas normal, curah jantung dapat meningkat lebih besar lagi (4 -7 x)

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

Pengaturan aliran darah Akut Kadar O 2 Nitrit Oxide (NO) Otak -> Kadar CO 2 Ginjal -- > TG feedback Kronis Neovasularisasi Kadar O 2 VEGF, FGF, angiogenin.

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

RESPON SISTEM SIRKULASI SAAT OLAHRAGA Olahraga Tipe Intensitas ∆ HR ∆ TD Lingkungan

PENGARUH EMOSI TERHADAP PARAMETER CV Emosi Olahraga Pra Olahraga Simpatis ↑ HR ↑ TD ↑ Olahraga Peak HR Peak TD Tetap

TRANSISI DARI ISTIRAHAT KE OLAHRAGA Kontraks i otot rangka 1 detik SV ↑ HR ↑ CO ↑ 2 -3 menit Plateau Asam Laktat

TRANSISI DARI ISTIRAHAT KE OLAHRAGA Kontraks i otot rangka 1 detik SV ↑ HR ↑ CO ↑ 2 -3 menit Plateau Asam Laktat

RECOVERY Olahraga Pasca Olahraga SV ↑ HR ↑ CO ↑ SV n HR n CO n Slope Faster Slower Trained Untrained

Perubahan Curah Jantung, Stroke Volume dan Denyut Nadi

INCREMENTAL EXERCISE Kebutuhan sintesis ATP ↑ Kebutuhan O 2 otot ↑ Blood flow otot ↑ VO 2 ↑ CO ↑ HR ↑ DPP ↑ SBP ↑ MABP ↑ DBP Konstan

Tekanan Darah saat Olahraga Isotonik

MEAN ARTERIAL BLOOD PRESSURE MABP = DBP + 1/3 (SBP-DBP)

DOUBLE PRESSURE PRODUCT DPP = Double Pressure Product = SBP x HR Beban kerja jantung

DOUBLE PRESSURE PRODUCT

ARM VS LEG EXERCISE Olahraga menggunakan otot -otot tangan vs. Olahraga menggunakan otot-otot kaki Aktivitas simpatis >> Tahanan perifer total ↑ Tekanan darah ↑

BLOOD PRESSURE BP = CO x TPR

ARM EXERCISE VS. LEG EXERCISE

INTERMITTENT EXERCISE

INTERMITTENT EXERCISE FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PARAMETER CV Intensitas Olahraga Durasi Olahraga Kebugaran jasmani Suhu lingkungan Kelembaban

Regulasi S. Kardiovaskular selama Olahraga Vagal withdrawal to ♥ Stimulasi simpatis to ♥ Vasodilatasi arteriola pada otot aktif. Refleks vasokontriksi pada otot inaktif.

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.

Exercise Pressor Reflex