Kapasitas Difusi Oksigen pada Atlet. Kapasitas difusi oksigen merupakan ukuran laju difusi oksigen dari alveolus paru ke dalam darah. Kapasitas ini dinyatakan dalam mililiter oksigen yang dapat berdifusi setiap menit untuk setiap perbedaan tekanan parsial oksigen sebesar 1 mmHg antara alveolus dan darah pulmonal. Artinya, jika tekanan parsial oksigen di alveolus adalah 91 mmHg dan tekanan oksigen dalam darah adalah 90 mmHg, maka jumlah oksigen yang berdifusi melalui membran respirasi setiap menit sama dengan kapasitas difusi. Berikut adalah nilai kapasitas difusi yang telah diukur:

ml/menit

Bukan atlet saat istirahat ............................................. 23

Bukan atlet saat latihan maksimal ............................... 48

Atlet seluncur cepat saat latihan maksimal ................. 64

Perenang saat latihan maksimal ................................... 71

Pendayung saat latihan maksimal ................................. 80

Fakta yang paling mencolok dari hasil ini adalah peningkatan kapasitas difusi hingga beberapa kali lipat dari keadaan istirahat ke keadaan latihan maksimal. Temuan ini terutama disebabkan oleh aliran darah melalui banyak kapiler paru yang lambat atau bahkan hampir tidak aktif saat istirahat, sedangkan pada latihan maksimal, peningkatan aliran darah melalui paru menyebabkan seluruh kapiler paru terperfusi pada laju maksimal. Dengan demikian, tersedia luas permukaan yang jauh lebih besar untuk difusi oksigen ke dalam darah kapiler paru.

Data tersebut juga menunjukkan bahwa atlet yang membutuhkan oksigen dalam jumlah lebih besar setiap menit memiliki kapasitas difusi yang lebih tinggi. Apakah hal ini terjadi karena orang yang secara alami memiliki kapasitas difusi lebih besar cenderung memilih cabang olahraga tersebut, atau karena metode latihan tertentu meningkatkan kapasitas difusi? Jawabannya masih belum pasti, tetapi sangat mungkin bahwa latihan, terutama latihan daya tahan, memang berperan penting.

Gas Darah Selama Latihan. Mengingat penggunaan oksigen oleh otot meningkat sangat besar selama latihan, mungkin diperkirakan bahwa tekanan oksigen dalam darah arteri akan menurun tajam selama aktivitas fisik berat dan tekanan karbon dioksida dalam darah vena akan meningkat jauh di atas normal. Namun, pada keadaan normal hal tersebut tidak terjadi. Kedua nilai tersebut tetap mendekati normal, yang menunjukkan kemampuan luar biasa sistem respirasi dalam mempertahankan oksigenasi darah yang memadai, bahkan selama latihan berat.

Hal ini juga menunjukkan satu hal penting lainnya, yaitu gas darah tidak harus menjadi abnormal agar respirasi terangsang selama latihan. Sebaliknya, respirasi terutama dirangsang oleh mekanisme neurogenik selama latihan, sebagaimana dibahas pada Bab 42. Sebagian rangsangan ini berasal dari stimulasi langsung pusat respirasi oleh sinyal saraf yang sama yang dikirim dari otak ke otot untuk memicu gerakan. Sebagian lainnya diduga berasal dari sinyal sensorik yang dikirim dari otot yang berkontraksi dan sendi yang bergerak menuju pusat respirasi. Seluruh rangsangan saraf tambahan ini umumnya cukup untuk menghasilkan peningkatan ventilasi paru yang diperlukan sehingga kadar oksigen dan karbon dioksida darah tetap mendekati normal.

Pengaruh Merokok terhadap Ventilasi Paru Selama Latihan. Telah diketahui secara luas bahwa merokok dapat menurunkan kemampuan bernapas seorang atlet. Hal ini terjadi karena beberapa alasan berikut.

1. Salah satu efek nikotin adalah penyempitan bronkiolus terminal paru, sehingga meningkatkan resistensi terhadap aliran udara yang masuk dan keluar dari paru.
2. Efek iritasi asap rokok menyebabkan peningkatan sekresi cairan ke dalam percabangan bronkus, disertai pembengkakan pada lapisan epitel.
3. Nikotin melumpuhkan silia pada permukaan sel epitel respirasi yang normalnya berdenyut terus-menerus untuk membersihkan kelebihan cairan dan partikel asing dari saluran napas. Akibatnya, banyak debris menumpuk di saluran napas sehingga semakin menyulitkan proses pernapasan.

Akumulasi seluruh faktor tersebut menyebabkan bahkan perokok ringan sering merasakan sesak napas saat melakukan latihan maksimal, sehingga tingkat performanya dapat menurun.

Dampak merokok kronis jauh lebih berat. Sangat sedikit perokok kronis yang tidak mengalami derajat tertentu emfisema. Pada penyakit ini terjadi: (1) bronkitis kronis, (2) obstruksi pada banyak bronkiolus terminal, dan (3) destruksi banyak dinding alveolus. Pada penderita emfisema berat, hingga empat perlima membran respirasi dapat mengalami kerusakan. Dalam keadaan demikian, aktivitas fisik yang sangat ringan sekalipun dapat menimbulkan gangguan pernapasan. Bahkan banyak pasien tidak mampu berjalan melintasi satu ruangan tanpa terengah-engah.

Sistem Kardiovaskular Selama Latihan

Gambar 85-9 Pengaruh latihan otot terhadap aliran darah pada otot betis selama kontraksi ritmis yang kuat. Aliran darah jauh lebih rendah selama kontraksi dibandingkan di antara periode kontraksi. (Dimodifikasi dari Barcroft J, Dornhorst AC: The blood flow through the human calf during rhythmic exercise, J Physiol 109:402, 1949.)

Aliran Darah ke Otot. Salah satu kebutuhan utama fungsi kardiovaskular selama latihan adalah mengantarkan oksigen dan zat gizi lain ke otot yang sedang bekerja. Untuk tujuan ini, aliran darah ke otot meningkat secara drastis selama latihan.

Gambar 85-9 memperlihatkan rekaman aliran darah pada otot betis seseorang selama periode 6 menit ketika melakukan kontraksi intermiten dengan intensitas sedang hingga kuat. Perhatikan tidak hanya peningkatan aliran darah yang sangat besar, sekitar 13 kali lipat, tetapi juga penurunan aliran darah setiap kali otot berkontraksi. Dua hal dapat disimpulkan dari penelitian ini.

1. Proses kontraksi itu sendiri untuk sementara menurunkan aliran darah ke otot karena kontraksi otot rangka menekan pembuluh darah intramuskular. Oleh karena itu, kontraksi tonik yang kuat dapat menyebabkan kelelahan otot dengan cepat akibat kurangnya suplai oksigen dan zat gizi selama kontraksi berlangsung terus-menerus.
2. Aliran darah ke otot selama latihan meningkat sangat nyata. Perbandingan berikut menunjukkan peningkatan maksimal aliran darah yang dapat terjadi pada atlet yang terlatih dengan baik.

ml/100 g otot/menit

Aliran darah saat istirahat ........................................... 3,6

Aliran darah saat latihan maksimal ............................... 90

Dengan demikian, aliran darah ke otot dapat meningkat hingga sekitar 25 kali lipat selama latihan yang paling berat. Hampir setengah dari peningkatan ini disebabkan oleh vasodilatasi intramuskular akibat efek langsung peningkatan metabolisme otot, sebagaimana dijelaskan pada Bab 21. Sisanya merupakan hasil dari berbagai faktor, yang paling penting kemungkinan adalah peningkatan sedang tekanan darah arteri selama latihan, yang umumnya sekitar 30%.

Peningkatan tekanan ini tidak hanya mendorong lebih banyak darah melewati pembuluh darah, tetapi juga meregangkan dinding arteriola sehingga semakin menurunkan resistensi vaskular. Oleh karena itu, kenaikan tekanan darah sebesar 30% sering kali dapat meningkatkan aliran darah lebih dari dua kali lipat, sehingga menggandakan lagi peningkatan aliran yang telah terjadi akibat vasodilatasi metabolik.

Hubungan antara Beban Kerja, Konsumsi Oksigen, dan Curah Jantung Selama Latihan.

Gambar 85-10 Hubungan antara curah jantung dan beban kerja (garis utuh), serta antara konsumsi oksigen dan beban kerja (garis putus-putus) pada berbagai tingkat latihan. Titik dan kotak dengan warna yang berbeda menunjukkan data yang diperoleh dari berbagai penelitian pada manusia. (Dimodifikasi dari Guyton AC, Jones CE, Coleman TB: Circulatory Physiology: Cardiac Output and Its Regulation. Philadelphia: WB Saunders, 1973.)

Gambar 85-10 memperlihatkan hubungan antara beban kerja, konsumsi oksigen, dan curah jantung selama latihan. Ketiga faktor ini berhubungan secara langsung, sebagaimana ditunjukkan oleh hubungan linear, karena peningkatan kerja otot meningkatkan konsumsi oksigen. Selanjutnya, peningkatan konsumsi oksigen menyebabkan vasodilatasi pembuluh darah otot, sehingga meningkatkan aliran balik vena dan curah jantung.

Curah jantung yang khas pada beberapa tingkat latihan adalah sebagai berikut.

L/menit

Curah jantung pria muda saat istirahat .......................... 5,5

Curah jantung maksimal selama latihan pada pria muda yang tidak terlatih ............................................................... 23

Curah jantung maksimal selama latihan pada pelari maraton pria rata-rata ....................................................... 30

Dengan demikian, orang normal yang tidak terlatih dapat meningkatkan curah jantung lebih dari empat kali lipat, sedangkan atlet yang terlatih dapat meningkatkannya sekitar enam kali lipat. Pada beberapa pelari maraton, curah jantung sebesar 35 hingga 40 L/menit, atau tujuh hingga delapan kali nilai saat istirahat, pernah diukur.

Pengaruh Latihan terhadap Hipertrofi Jantung dan Curah Jantung. Berdasarkan data tersebut, jelas bahwa pelari maraton dapat mencapai curah jantung maksimal sekitar 40% lebih tinggi dibandingkan orang yang tidak terlatih. Hal ini terutama disebabkan oleh pembesaran ruang jantung sekitar 40%, yang disertai peningkatan massa jantung sebesar 40% atau lebih. Dengan demikian, bukan hanya otot rangka yang mengalami hipertrofi akibat latihan atletik, tetapi juga jantung. Namun, pembesaran jantung dan peningkatan kemampuan memompa terutama terjadi pada latihan daya tahan, bukan latihan sprint.

Meskipun jantung pelari maraton jauh lebih besar daripada jantung orang normal, curah jantung saat istirahat hampir sama. Curah jantung normal tersebut dicapai melalui volume sekuncup yang lebih besar disertai frekuensi denyut jantung yang lebih rendah. Tabel 85-2 membandingkan volume sekuncup dan frekuensi denyut jantung antara orang yang tidak terlatih dan pelari maraton.

Tabel 85-2 Perbandingan Fungsi Jantung antara Pelari Maraton dan Bukan Atlet

Dengan demikian, efektivitas pemompaan setiap denyut jantung pada atlet yang sangat terlatih sekitar 40% hingga 50% lebih besar dibandingkan orang yang tidak terlatih, tetapi diimbangi oleh penurunan frekuensi denyut jantung saat istirahat.

Peran Volume Sekuncup dan Frekuensi Denyut Jantung dalam Meningkatkan Curah Jantung.

Gambar 85-11 Perkiraan volume sekuncup dan frekuensi denyut jantung pada berbagai tingkat curah jantung pada seorang atlet pelari maraton.

Gambar 85-11 menunjukkan perubahan perkiraan volume sekuncup dan frekuensi denyut jantung ketika curah jantung meningkat dari sekitar 5,5 L/menit saat istirahat menjadi 30 L/menit pada pelari maraton. Volume sekuncup meningkat dari 105 ml menjadi 162 ml, atau sekitar 50%, sedangkan frekuensi denyut jantung meningkat dari 50 menjadi 185 kali per menit, atau sekitar 270%.

Dengan demikian, peningkatan frekuensi denyut jantung memberikan kontribusi yang jauh lebih besar terhadap peningkatan curah jantung dibandingkan peningkatan volume sekuncup selama latihan berat yang berlangsung terus-menerus. Volume sekuncup umumnya telah mencapai nilai maksimal ketika curah jantung baru meningkat sekitar setengah dari nilai maksimumnya. Setelah itu, setiap peningkatan curah jantung lebih lanjut hanya dapat dicapai melalui peningkatan frekuensi denyut jantung.

Hubungan antara Kinerja Kardiovaskular dan V?O?maks. Selama latihan maksimal, frekuensi denyut jantung dan volume sekuncup meningkat hingga sekitar 95% dari nilai maksimalnya. Karena curah jantung merupakan hasil perkalian volume sekuncup dengan frekuensi denyut jantung, curah jantung mencapai sekitar 90% dari kemampuan maksimal seseorang. Sebaliknya, ventilasi paru hanya mencapai sekitar 65% dari kapasitas maksimalnya.

Oleh karena itu, jelas bahwa sistem kardiovaskular umumnya menjadi faktor pembatas utama terhadap V?O?maks dibandingkan sistem respirasi, karena pemanfaatan oksigen oleh tubuh tidak pernah dapat melebihi kemampuan sistem kardiovaskular mengangkut oksigen ke jaringan.

Atas alasan ini, sering dikatakan bahwa tingkat performa atletik yang dapat dicapai pelari maraton terutama bergantung pada kemampuan jantungnya, karena jantung merupakan mata rantai yang paling membatasi dalam penghantaran oksigen yang memadai ke otot yang sedang bekerja. Dengan demikian, kemampuan pelari maraton mencapai curah jantung sekitar 40% lebih tinggi dibandingkan pria rata-rata yang tidak terlatih kemungkinan merupakan manfaat fisiologis paling penting dari program latihan maraton.

Pengaruh Penyakit Jantung dan Usia Lanjut terhadap Performa Atletik. Mengingat sistem kardiovaskular merupakan faktor pembatas utama performa maksimal dalam olahraga daya tahan, dapat dipahami bahwa segala jenis penyakit jantung yang menurunkan curah jantung maksimal akan menyebabkan penurunan kemampuan menghasilkan tenaga otot tubuh secara keseluruhan dalam derajat yang hampir sebanding.

Karena itu, penderita gagal jantung kongestif sering kali mengalami kesulitan bahkan untuk menghasilkan tenaga otot yang diperlukan sekadar bangun dari tempat tidur, apalagi berjalan melintasi ruangan.

Curah jantung maksimal pada orang lanjut usia juga menurun secara bermakna. Penurunan ini dapat mencapai sekitar 50% antara usia 18 hingga 80 tahun. Selain itu, kapasitas bernapas maksimal mengalami penurunan yang bahkan lebih besar. Oleh sebab itu, bersama dengan berkurangnya massa otot rangka, kemampuan maksimal menghasilkan tenaga otot menurun secara nyata pada usia lanjut.

Panas Tubuh Selama Latihan

Hampir seluruh energi yang dilepaskan dari metabolisme zat gizi pada akhirnya diubah menjadi panas tubuh. Hal ini juga berlaku untuk energi yang digunakan dalam kontraksi otot karena dua alasan. Pertama, efisiensi maksimum konversi energi zat gizi menjadi kerja otot, bahkan dalam kondisi terbaik, hanya sekitar 20% hingga 25%, sedangkan sisanya berubah menjadi panas selama berlangsungnya reaksi kimia intraseluler. Kedua, hampir seluruh energi yang benar-benar digunakan untuk menghasilkan kerja otot pada akhirnya juga menjadi panas tubuh karena hampir seluruh energi tersebut dipakai untuk: (1) mengatasi hambatan viskositas terhadap gerakan otot dan sendi, (2) mengatasi gesekan darah yang mengalir melalui pembuluh darah, dan (3) berbagai proses serupa lainnya, yang semuanya mengubah energi kontraksi otot menjadi panas.

Apabila diingat bahwa konsumsi oksigen tubuh dapat meningkat hingga 20 kali lipat pada atlet yang terlatih dengan baik, serta jumlah panas yang dihasilkan tubuh hampir berbanding lurus dengan konsumsi oksigen sebagaimana dibahas pada Bab 73, maka dapat dipahami bahwa sejumlah besar panas dilepaskan ke jaringan tubuh bagian dalam selama olahraga daya tahan. Apabila kondisi cuaca sangat panas dan lembap sehingga mekanisme berkeringat tidak mampu membuang panas tersebut, atlet dapat mengalami keadaan yang sangat berbahaya bahkan mematikan yang disebut heatstroke.

Heatstroke. Selama olahraga daya tahan, bahkan dalam kondisi lingkungan normal, suhu tubuh sering meningkat dari sekitar 37°C menjadi 39°C hingga 40°C. Pada kondisi yang sangat panas dan lembap atau ketika mengenakan pakaian yang berlebihan, suhu tubuh dapat meningkat hingga 41°C sampai 42°C. Pada tingkat ini, suhu yang tinggi mulai merusak sel-sel jaringan, terutama sel-sel otak.

Ketika keadaan ini terjadi, berbagai gejala mulai muncul, antara lain kelemahan yang sangat berat, kelelahan, sakit kepala, pusing, mual, berkeringat berlebihan, kebingungan, gaya berjalan sempoyongan, kolaps, dan penurunan kesadaran.

Keseluruhan kumpulan gejala ini disebut heatstroke, dan apabila tidak segera ditangani dapat menyebabkan kematian. Bahkan setelah seseorang berhenti berolahraga, suhu tubuh tidak mudah turun. Hal ini sebagian disebabkan oleh kegagalan mekanisme pengaturan suhu tubuh pada suhu yang sangat tinggi sebagaimana dijelaskan pada Bab 74. Penyebab lainnya adalah bahwa pada heatstroke, suhu tubuh yang sangat tinggi hampir menggandakan laju seluruh reaksi kimia intraseluler sehingga menghasilkan panas yang lebih banyak lagi.

Penatalaksanaan heatstroke adalah menurunkan suhu tubuh secepat mungkin. Cara yang paling praktis adalah melepaskan seluruh pakaian, menyemprotkan air dingin ke seluruh permukaan tubuh atau menyeka tubuh secara terus-menerus dengan spons basah, kemudian mengalirkan udara menggunakan kipas. Penelitian menunjukkan bahwa cara ini dapat menurunkan suhu tubuh secepat, atau hampir secepat, metode lainnya, meskipun sebagian dokter lebih memilih merendam seluruh tubuh ke dalam air yang berisi campuran es yang dihancurkan, apabila tersedia.