Pertemuan 1 2
Transcript of Pertemuan 1 2
1
2
Sport Medicine dan Fisiologi Olahraga
Sport Medicine
Fisiologi Olahraga
Fisiologi olahraga adalah fisiologi merupakan salah satu aspek dalam Sport Medicine yang berkaitan dengan bagaimana tubuh melakukan fungsinya, memberikan tanggapan/respon, mengatur dan melakukan penyesuaian terhadap latihan.
Jadi
Fisiologi olahraga adalah fisiologi yang mengkaji bagaimana fungsi tubuh manusia dalam merespon, mengatur dan menyesuaikan diri terhadap aktivitas fisik apakah itu berkaitan dengan program pendidikan jasmani, kebugaran maupun latihan olahraga
3
Secara fisiologis, gerakan otot merupakan hasil pemecahan ikatan energi kimiawi ke
dalam bentuk energi mekanis
Tujuan Umum Perkuliahan:
Memahami sistem energi aerobik (oksigen) dan dua sistem energi anaerobik (ATP-PC dan Laktat) sebagai bentuk metabolisme dalam penyediaan bahan energi bagi kontraksi otot
Aplikasi
Latihan untuk tujuan olahraga harus selalu memperhatikan sistem energi apa yang paling dominan (predominan).
4
TUMBUHAN HIJAU
OKSIGEN(O2)
MANUSIA DAN BINATANG
MAKANAN (KARBOHIDRAT, LEMAK
DAN PROTEIN)
TENAGA YANG
DIPAKAI
CO2 H2O
Definisi : Kapasitas untuk melakukan unjuk kerja atau Capacity or ability to perform work
5
Energi dan sistem energiEnergi dan sistem energi
6 jenis energi diantaranya
Kimiawi dan mekanik
Kapasitas kerja fisik tergantung dari tersedianya sejumlah energi
Unit untuk mengukur energi adalah dengan kalori
1 gram air = 1o
Kerja mekanik (mechanical work) merupakan hasil dari force atau gaya x jarak = W = F x d
6
Anaerobik
Aerobik
ATP-PC Laktat
Dengan O2Tanpa O2
5 – 10 detik
diganti50% = 30 detik. 100% = 2-3 menit
45 – 60 detik
400 m
100 m
2 – 30 menit
10.000 m
Immediate Energy SourceATP = Adenosine Tripohsphatemerupakan ikatan kimia yang
digunakan untuk kontraksi otot
7
ADENOSINE TRIPHOSPHATE (ATP)
8
P
Energi untuk setiap aktivitas jasmani disediakan di dalam otot
dalam bentuk pasokan ATP
Ikatan Phosphate berenergi tinggi
Adenosine P P
energi
ADP + Pi +
9
CREATINE PHOSPHATE (CP) Ikatan Phosphate berenergi
tinggi
Energi
Pi + C +
BAGAIMANA ATP DIBENTUK KEMBALI
Sistem ATP-PC disebut juga dengan system Phosphagen
A. Phosphocreatine disimpan dalam sel otot yang mengandung ikatan energi tinggi
B. Apabila ATP dipecah saat otot berkontraksi, maka ATP akan dengan segera dibentuk kembali dengan menggunakan energi saat pemecahan PC.
Kegiatan ini berlangsung hanya dalam beberapa detik seperti sprint, loncat dan menendang. Namun demikian sangat tergantung sampai berapa banyak PC yang dapat digunakan sebagai sumber energi utama
ATP
ADP + Pi
PCreatine
10
Sel Otot
Sintesis ATP dari PC
ADP + Pi ATP
P CREATINE
Phosphocreatine seperti ATP, disimpan di dalam sel otot. Karena kedua ikatan tadi
mengandung kelompok phosphate, maka secara kolektif disebut phosphagen. PC sama
dengan ATP apabila kelompok phosphatenya dipecahkan, maka sejumlah besar energi
akan dilepaskan.
Hasil akhir pemecahan adalah Creatine ( C ) dan Phosphate inorganik (Pi)
Ingat; energi akan segera disiapkan dan secara biokimiawi akan digandakan untuk resintesis
ATP.
Contoh: begitu ATP dipecah selama kontraksi otot, maka secara berkelanjutan akan dibentuk
kembali dari ADP dan Pi dengan menggunakan energi yang diperoleh dari simpanan PC
11
ADP + Pi ATP
PC
energi
PCREATINE
12
Sistem Asam Laktat atau Anaerobik Glikolisis.
Karbohidrat (Glikogen) dipecah secara anaerobik (tanpa oksigen) menjadi asam laktat yang mengakibatkan perasaan lelah. Energi yang dilepaskan sewaktu pemecahan ini digunakan untuk meresintesis ATP. Kegiatan latihan yang dilakukan pada kecepatan maksimum antara 1 sampai 3 menit sangat tergantung kepada sistem asam laktat untuk energi ATP
energi
laktat
Glikogen
OTOT
ADP+Pi ATP
Sistem Asam Laktat Asam laktat merupakan produk dari glikolisis Anaerobik pH rendah pada intraseluler apabila asam laktat meningkat yang
berakibat terhambatnya ensim PFK Selama glikolisis anaerobik hanya 3 mol ATP yang diresintesisi dari 1
mol atau 180 gram sekitar 6 ons glikogen (bandingkan apabila ada oksigen yang mampu menghasilkan 39 mol ATP)
Toleransi akumulasi asam laktat pada otot dan darah adalah 60 – 70 gram
Aktivitas fisik 400 – 800 meter
13
Pemecahan glikogen menjadi 180 gram asam laktat cukup untuk penyediaan energi dalam meresintesis 3 mol ATP. Oleh karena itu, pemecahan glikogen menjadi 60 – 70 gram asam laktat akan menyediakan energi untuk resintesis 180/3 x 60x = 1 mol ATP atau 180/3 x 70/x = 1.16 atau 1.2 mol ATP
Pemecahan tidak sempurna dari salah satu zat makanan yaitu karbohidrat menjadi asm laktat.
Dalam tubuh semua karbohidrat diubah menjadi gula sederhana (glukosa) yang dapat digunakan langsung dalam bentuk atau disimpan di hati dan otot sebagai glikogen.
Karbohidrat, gula, glukosa dan glikogen dianggap memiliki arti yang sama dalam pengertian metabolisme.artinya dipersamakan.
Asam laktat merupakan hasil dari anaerobic glycolysis.
Ada batas toleransi akumulasi sejumlah asam laktat sebelum seseorang menghentikan kegiatannya dengan merasakan kelelahan yang luar biasa (Holloszy)
Salah satu aspek yang dapat menjelaskan keterbatasan ini adalah menurunnya pH intraseluler bersamaan dengan peningkatan asam laktat pada otot yang mengakibatkan penghambatan terhadap ensim Phosphofruktokinase (PFK).
Untuk kesempurnaan reaksi, secara kimiawi anaerobic glycolysis lebih rumit dibandingkan dengan sistem phosphagen yaitu deibutuhkannya 12 rangkaian reaksi kimia yang terpisah tetapi berlangsung secara berurutan.
Rangkaian reaksi ini ditemukan oleh Gustav Embden dan Otto Meyerhof. Ilmuwan Jerman.
14
Bagaimana Glikogen digunakan untuk meresintesis ATP?
Glikogen secara kimiawi dipecah menjadi asam laktat. Selama pemecahan ini, energi dilepaskan dan melalui reaksi ganda digunakan untuk meresintesis ATP.
Untuk mempercepat reaksi, setiap reaksi yang terjadi membutuhkan ensim khusus.
Salah satu ensim penting dalam reaksi ini adalah PFK, ensim lain yang berfungsi sebagai kontrol adalah hexokinase, pyruvat kinase dan lactic dehydrogenase.
Hanya beberapa ATP yang dapat dirensintesis dari glikogen selama anaerobic glycolysis apabila dibandingkan dengan ketersediaan oksigen.
Sebagai contoh : hanya 3 mol ATP yang dapat diresintesisi dari pemecahan 1 mol glikogen atau 180 gram (sekitar 6 ons) glikogen. Bandingkan apabila dengan okisgen, pemecahan sempurna glikogen mampu menghasilkan 39 mol ATP
Persamaan reaksi ganda resintesis ATP secara anaerobic glycolysis
15
Persamaan
(C6H12O6)n > 2C3H6O3 + Energi
(Glikogen) (Asam Laktat)
Energi + 3ADP + 3Pi > 3ATP
Selama melakukan kegiatan produksi ATP yang digunakan dari anaerobic glycolisis, kenyataannya kurang dari 3 mol ATP (3ATP).
Alasannya; selama latihan sangat berat otot dan darah hanya mampu mentolerir asam laktat sebanyak 60 – 70 gram (2 sampai 2 ½ ons) sebelum kelelahan muncul.
Apabila semua glikogen (180 gram) dipecah secara anaerobic, maka akan terbentuk 180 gram asam laktat (2C3H6O3)
Praktisnya hanya 1 sampai 1,2 mol ATP yang dapat diresintesis secara sempurna selama latihan yang sangat berat sebelum asam laktat dalam darah dan otot mencapai tingkat yang sangat melelahkan.
Seperti sistem phosphagen, anaerobic glycolysis benar-benar sangat penting selama melakukan latihan karena mampu mensuplai ATP dengan sangat cepat.
Contoh: kegiatan latihan yang hanya dapat dilakukan dengan kecepatan maksimum antara 1 s/d 3 menit, sangat tergantung sistem phosphagen dan anaerobic glycolysis untuk menghasilkan ATP
16
17
Per kg otot Massa otot
keseluruhan
1. Toleransi maksimal asam laktat
2.0 – 2.3 60 – 70
2. Pembentukan ATP 33 - 38 1000 – 1200
3. Energi yang dapat dipakai
0.33 – 0.38 10.0 – 12.0
Estimasi ketersediaan energi dalam tubuh melalui glikolisis anaerobik
18
Asam piruv
at
Glukosa
Glikogen (dari otot)
Glukosa darah
Asam laktat
ADP + PiRangkaian
GlikolitikTidak cukup
oksigen
atau
Glikolisis Anaerobik. Glikogen dipecah secara kimiawi melalui serangkaian reaksi kimia menjadi asam laktat.
Pada saat pemecahan energi dilepaskan dan melalui reaksi ganda yang dipakai untuk meresintesis ATP
ATP
Reaksi ganda
Langkah-langkah proses glikolitik
Otot hanya mampu mentolerir 2.0 sampai 2.3 gram asam laktat per kg otot atau 60 sampai 70 gram untuk otot secara keseluruhan.
Selanjutnya jumlah maksimum ATP yang dapat dibuat melalui glikolisis akan berkisar antara 1.0 sampai 1.2 mol (1000 sampai 1200 milimol).
Di bawah kondisi ini, dapat dicatat bahwa hanya 2 kali lipat ATP yang dapat diperoleh dari sistem phosphagen.
19
Rangkaian reaksi awal yang melibatkan pemecahan glikogen secara aerobic menjadi CO2 dan H2O adalah Glikolisis
Perbedaan antara glikolisis anaerobik dengan glikolisis aerobik adalah keberadaan oksigen dalam reaksi ini tidak mengakibatkan terakumulasinya asam laktat atau keberadaan oksigen akan menghambat asam laktat
Oksigen akan merubah asam piruvat ke dalam sistem aerobik setelah ATP dibentuk dengan demikian 1 mol glikogen akan dipecah menjadi 2 mol asam piruvat dan energinya cukup untuk membentuk 3 mol ATP
20
(C6H12O6)n 2C3H4O3 + Energi
(Glikogen) (asam piruvat)
Energi + 3 ADP + 3 Pi 3 ATP
Glikolisis Anaerobik akan menghasilkan :
1. Pembentukan Asam laktat
2. Tidak membutuhkan oksigen
3. Hanya menggunakan karbohidrat (glikogen dan glukosa)
4. Cukup menghasilkan energi untuk meresintesisi beberapa mol ATP saja
21
22
Oksigen atau Sistem Aerobik.
Pemecahan secara aerobik terhadap karbohidrat, lemak dan protein menyediakan energi untuk resintesis ATP. Karena ATP yang dihasilkan tidak mengakibatkan limbah penyebab kelelahan, sistem aerobik ini sangat tepat untuk kegiatan yang memerlukan daya tahan.
O2
CO2 + Air
Mitokondria
Protein
Lemak
Glikogen
ADP + Pi + ATPENERGI
ATP
KERJA
CP = C + Pi + ENERGI
COUPLE REACTION
Beberapa Istilah Yang Perlu Diketahui Terlebih DahuluKelompok Asetil, NAD+, NADH+, FAD+ dan FADH+
Kelompok Asetil secara sederhana dapat didefinisikan sebagai satu molekul dengan dua karbon. Contoh; Asam piruvat (tiga molekul karbon) membuang CO2 dan menjadi Kelompok Asetil sebelum memasuki Siklus Kreb
NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide dan FAD+ (Flavo adenine dinucleotide berfungsi sebagai reseptor hidrogen. H ion akan dilepaskan dari karbohidrat sewaktu glikolisis dan aktivitas Siklus Kreb
Pelepasan ion hidrogen (H+) dari ikatannya merupakan salah satu bentuk oksidasi. Apabila satu ikatan menerima H+ ion disebut sebagai pengurangan.
Jadi NADH dan FADH2 merupakan bentuk pengurangan dari NAD+ dan FAD+. Fungsi NADH dan FADH2 adalah membawa elektron melalui Sistem Transportasi Elektron
23
Glycolysis Aerobic Siklus Kreb Sistem Transportasi Elektron
24
• Glycolysis Aerobic
(C6H12O6)n 2C3H4O3 + Energi
(Glikogen) (asam piruvat)
• Siklus Kreb
H H+ + e-
(atom hidrogen) (ion Hidrogen) (elektron)
• Sistem Transportasi Elektron
4H+ + 4e- + O 2H2O
Dengan adanya oksigen, maka 1 mol glikogen akan dipecah secara sempurna menjadi Karbondioksida (CO2) dan air (H2O), sekaligus melepaskan energi untuk meresintesis (membuat) 39 mol ATP. Resintesis ATP terjadi di dalam Mitokondria
25
cristaeMitokondria
26
GLIKOLISIS AEROBIK GLIKOLISIS ANAEROBIK
Glikogen
Glukosa
ADP + Pi
ATP
Asam Piruvat
Cukup Oksigen
CO2 + H2O + ATP
Glikogen
Glukosa
ADP + Pi
ATP
Asam Piruvat
Tidak cukup Oksigen
Asam laktat
27
Siklus Kreb.
Asam piruvat sebagai hasil akhir glikolisis aerobik masuk ke siklus Kreb setelah sedikit mengalami perubahan kimiawi. Begitu masuk ke dalam siklus, akan terjadi dua proses kimiawi :
1. CO2 akan dibuang melalui paru
2. Oksidasi, yaitu pembuangan ion hidrogen (H+) dan elektron (e-) yang akhirnya akan masuk ke dalam sistem transportasi elektron untuk diadakan perubahan kimia lainnya
Glikogen
Glukosa
ADP + PiGlikolisis Aerobik
ATP
Asam piruvat
CO2
H++e-
H++e-
H++e-
CO2
CO2
SIKLUS KREB
28
Simpulan Sistem aerobik
Glikogen dioksidasi melalui tiga seri reaksi kimiawi : Glikolisis aerobik dengan terbentuknya asam piruvat; Siklus Kreb dengan membuang CO2 dan e- dan Sistem Transportasi Elektron yang membentuk H2O dari H+, e- dan oksigen. Konsekuensinya ATP akan dihasilkan lebih banyak
Glikogen
GlukosaGlikolisis Aerobik ADP + Pi
ATPAsam piruvat
CO2
CO2
SIKLUS KREB
CO2
H++e-
H++e-
H++e-
ADP + Pi ATP
ADP + Pi ATP
ADP + PiATP
H2O
Electron Transport System
Lemak
β Oxidation
Protein
SYSTEM ATP-PC (PHOSPHAGEN)
SISTEM ASAM LAKTAT (Sistem Asam Sitrat)
SISTEM OKSIGEN
Anaerobik Anaerobik Aerobik
Sangat cepat Cepat Lambat
Bahan kimia; Phosphocreatine Bahan makanan ; glikogen Bahan makanan; glikogen, lemak dan protein
Produksi ATP sangat terbatas Produksi ATP terbatas Produksi ATP tak terbatas
Cadangan pada otot terbatas Produksi sampingan; asam laktat yang mengakibatkan rasa lelah pada otot
Tidak menghasilkan produk sampaingan penyebab lelah
Digunakan untuk sprint atau power tinggi, kegiatan jasmani dengan waktu yang sangat singkat
Digunakan pada kegiatan jasmani dalam waktu antara 1 sampai 3 menit
Digunakan dalam kegiatan yang membutuhkan daya tahan atau kegiatan jasmani yang menggunakan waktu lama
29
Kelelahan diartikan sebagai ketidakmampuan meneruskan kegiatan pada intensitas yang sama, atau adanya penurunan dalam mengerahkan kekuatan otot.
Kelelahan mutlak PC berada pada titik NOL, ATP masih tersedia sekitar 60 – 70 % dari nilai ATP istirahat. Oleh sebab itu faktor yang membatasi kemampuan aktivitas pada intensitas tinggi dalam waktu singkat disebabkan oleh terkurasnya PC
Glikolisis Anaerobik mengakibatkan dihasilkannya asam laktat
Peningkatan asam laktat berakibat penurunan pH darah dan otot
PFK meruupakan enzim yang mempercepat glikolisis, akan dihambat oleh rendahnya pH
pH rendah akan menghambat produksi ATP secara anaerobik – kelelahan pada otot
Peningkatan konsentrasi Hion yang disebabkan oleh prodksi asam laktat tinggi menurunkan efek Kalsium pada troponin
30
Latihan Anaerobik
31
Latihan maksimal
Peningkatan glikolisis
Produksi asam laktat meningkat
Keasaman intraseluler
Pengaruh kalsium berkurang pada troponin
Ketegangan otot menurun
Kinerja menjadi memburuk
PROSES TERJADINYA KELELAHAN
PADA SISTEM ANAEROBIK
Tujuan selama recovery dari latihan adalah untuk memulihkan otot dan sebagian tubuh lainnya ke kondisi sebelum latihan.
Pemulihan tubuh selama recovery termasuk mengganti cadangan energi yang terkuras dan membuang asam laktat yang terakumulasi selama latihan; kedua proses di atas membutuhkan energi ATP
Konsumsi oksigen selama recovery akan mensuplai energi ATP yang dibutuhkan dengan segera selama masa recovery
Pemulihan cadangan phosphagen otot (ATP-PC) hanya membutuhkan beberapa menit, sedangkan untuk pemulihan sempurna glikogen otot maupun darah membutuhkan beberapa hari
Kecepatan pembuangan asam laktat dari darah dan otot dapat ditingkatkan melalui latihan-latihan ringan dibandingkan dengan cara beristirahat pasif
Sejumlah kecil oksigen yang disimpan pada otot dalam bentuk kombinasi dengan myoglobin sangat penting selama melakukan kegiatan yang bersifat intermiten, karena digunakan selama interval kerja dan juga cepat dipulihkan kembali selama interval kerja.
32
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
Asupan Oksigen sesaat pembebanan berakhir sangat tinggi dibandingkan saat isitirahat (pemulihan oksigen)
Pemulihan oksigen terdiri dari dua fase yaitu :
1. Konsumsi Pemulihan Oksigen Cepat (tanpa asam laktat) selama 2 sampai 3 menit masa pemulihan,
konsumsi oksigen menurun dengan cepat, kemudian
melambat setelah sampai mencapai
kecepatan konstan.2. Konsumsi Pemulihan
Oksigen Lambat (dengan asam laktat) Konsumsi oksigen selama masa ini secara kuantitatif
berhubungan dan tergantung kepada masa pembuangan
asam laktat yang terakumulasi pada otot dan darah selama latihan
33
50
Kerja/latihan
Pemulihan
60
Waktu dalam menit
V02
(li
ter/
men
it)
Konsumsi Pemulihan Oksigen Cepat
Konsumsi Pemulihan Oksigen Lambat
Konsumsi Oksigen Istirahat
34
PROTEIN KARBOHIDRAT LEMAK
Asam Amino Monosakarida(glukosa)
Asam lemak
Asam Piruvat Asam Laktat
Acetyl-CoA
Electron Transport System
Energi (ATP) + CO2 + H2O
35
Penampang lintang Sel otot
36
Meregang(tipis)
Istirahat (nomral)
Kontraksi (tebal)
Skema dua sarkomer dalam keadaan istirahat, kontraksi konsentrik dan meregang
37
Filamen aktin dan myosin
BIOLOGI MOLEKULAR GERAK
38
Crossbridge serta pengembangan tegangan antara filamen Aktin dan Myosin
39
40
41
42
43
44
Proses pelepasan energi Kecepatan pembebasan Kecepatan
ATP – CP
ANAEROBIC GLYCOLYSIS
AEROBIC GLYCOLYSIS
FAT OXIDATION
1.6 – 3.0
1.0
0.5
0.24
JUDUL PENDAHULUAN PEMBAHASAN SIMPULAN DAFTAR PUSTAKA
45
JAWABLAH PERTANYAAN BERIKUTJAWABLAH PERTANYAAN BERIKUT•APA ITU ENERGI (WHAT)APA ITU ENERGI (WHAT)
•MENGAPA ENERGI (WHY)MENGAPA ENERGI (WHY)•BAGAIMANA TERJADINYA ENERGI (HOW)BAGAIMANA TERJADINYA ENERGI (HOW)
..can be defined as the study of thefunction and coordination of muscles indifferent movements and postures withvarying subjects bases and
experimentalconditions.
46
Jonsson (1973), in: New Developments In Electromyography and Clinical Neurophysiology, 498-501
47
48
49