Friday, January 29, 2010

Metabolisme Energi Tubuh dan Olahraga


Oleh Rizka Hanifah

Secara umum aktivitas dalam kegiatan olahraga terdiri dari kombinasi dua jenis aktivitas yaitu aktivitas aerobik dan dan aktivitas anaerobik. Kegiatan/jenis olahraga yang bersifat ketahanan seperti jogging, marathon, triathlon dan juga bersepeda jarak jauh merupakan jenis olahraga dengan komponen aktivitas aerobik yang dominan sedangkan kegiatan olahraga yang membutuhkan tenaga besar dalam waktu singkat seperti angkat berat, push-up, sprint atau juga loncat jauh merupakan jenis olahraga dengan komponen komponen aktivitas anaerobik yang dominan.

Aktivitas aerobik merupakan aktivitas yang bergantung terhadap ketersediaan oksigen untuk membantu proses pembakaran sumber energi serta bergantung terhadap
kerja optimal dari organ-organ tubuh seperti jantung, paru-paru dan juga pembuluh darah untuk dapat mengangkut oksigen agar proses pembakaran sumber energi berjalan dengan sempurna. Proses metabolisme energi secara aerobik juga dikatakan merupakan proses yang bersih karena selain akan menghasilkan energi, proses tersebut hanya akan menghasilkan produk samping berupa karbondioksida (CO2) dan air (H2O).

Aktivitas anaerobik merupakan aktivitas dengan intensitas tinggi yang membutuhkan energi secara cepat dalam waktu yang singkat namun tidak dapat dilakukan secara kontinu untuk durasi waktu yang lama karena proses metabolisme energi secara anaerobik dapat menghasilkan ATP dengan laju yang lebih cepat jika dibandingkan dengan metabolisme energi secara aerobik. Sehingga untuk gerakan-gerakan dalam olahraga yang membutuhkan tenaga yang besar dalam waktu yang singkat, proses metabolisme energi secara anaerobik dapat menyediakan ATP dengan cepat namun hanya untuk waktu yang terbatas yaitu hanya sekitar ±90 detik. Walaupun prosesnya dapat berjalan secara cepat, namun metabolisme energi secara anaerobik ini hanya menghasilkan molekul ATP yang lebih sedikit jika dibandingkan dengan metabolisme energi secara aerobik (2 ATP vs 36 ATP per 1 molekul glukosa). Adapun produk samping yang dihasilkan berupa asam laktat yang apabila terakumulasi dapat menghambat kontraksi otot dan menyebabkan rasa nyeri pada otot. Hal inilah yang menyebabkan mengapa gerakan-gerakan bertenaga saat berolahraga tidak dapat dilakukan secara kontinu dalam waktu yang panjang dan harus diselingi dengan interval istirahat. Selain itu, asam laktat yang diserap oleh darah merupakan penyebab asidosis metabolik yang menyertai olahraga berat. Contoh dari kegiatan/jenis olahraga yang memiliki aktivitas anaerobik dominan adalah lari cepat (sprint), push-up, body building, gimnastik atau juga loncat jauh.

Dalam beberapa jenis olahraga beregu atau juga individual akan terdapat pula gerakan-gerakan/aktivitas sepeti meloncat, mengoper, melempar, menendang bola, memukul bola atau juga mengejar bola dengan cepat yang bersifat anaerobik. Oleh sebab itu maka beberapa cabang olahraga seperti sepakbola, bola basket atau juga tenis lapangan disebutkan merupakan kegiatan olahraga dengan kombinasi antara aktivitas aerobik dan anaerobik.

Inti dari semua proses metabolisme energi di dalam tubuh adalah untuk meresintesis molekul ATP dimana prosesnya akan dapat berjalan secara aerobik maupun anaerobik. Proses hidrolisis ATP yang akan menghasilkan energi ini dapat dituliskan melalui persamaan reaksi kimia sederhana sebagai berikut:
ATP + H2O ---> ADP + H + Pi -31 kJ per 1 mol ATP 2

Di dalam jaringan otot, hidrolisis 1 mol ATP akan menghasilkan energi sebesar 31 kJ (7.3 kkal) serta akan menghasilkan produk lain berupa ADP (adenosine diphospate) dan Pi (inorganik fosfat).
Pada saat berolahraga, terdapat 3 jalur metabolisme energi yang dapat digunakan oleh tubuh untuk menghasilkan ATP yaitu hidrolisis phosphocreatine (PCr), glikolisis anaerobik glukosa serta pembakaran simpanan karbohidrat,lemak dan juga protein.

Pada kegiatan olahraga dengan aktivitas aerobik yang dominan, metabolisme energi akan berjalan melalui pembakaran simpanan karbohdrat, lemak dan sebagian kecil (±5%) dari pemecahan simpanan protein yang terdapat di dalam tubuh untuk menghasilkan ATP (adenosine triphospate). Proses metabolisme ketiga sumber energi ini akan berjalan dengan kehadiran oksigen (O2) yang diperoleh melalui proses pernafasan.Sedangkan pada aktivitas yang bersifat anaerobik, energi yang akan digunakan oleh tubuh untuk melakukan aktivitas yang membutuhkan energi secara cepat ini akan diperoleh melalui hidrolisis phosphocreatine (PCr) serta melalui glikolisis glukosa secara anaerobik. Proses metabolisme energi secara anaerobik ini dapat berjalan tanpa kehadiran oksigen (O2).

Proses Metabolime Secara Anaerob

Sistem PCr
Creatine (Cr) merupakan jenis asam amino yang tersimpam di dalam otot sebagai sumber energi. Di dalam otot, bentuk creatine yang sudah ter-fosforilasi yaitu phosphocreatine (PCr) akan mempunyai peranan penting dalam proses metabolisme energi secara anaerobik di dalam otot untuk menghasilkan ATP. Dengan bantuan enzim creatine kinase, phosphocreatine (PCr) yang tersimpan di dalam otot akan dipecah menjadi Pi (inorganik fosfat) dan creatine dimana proses ini juga akan disertai dengan pelepasan energi sebesar 43 kJ (10.3 kkal) untuk tiap 1 mol PCr. Inorganik fosfat (Pi) yang dihasilkan melalui proses pemecahan PCr ini melalui proses fosforilasi dapat mengikat kepada molekul ADP (adenosine diphospate) untuk kemudian kembali membentuk molekul ATP (adenosine triphospate). Melalui proses hidrolisis PCr, energi dalam jumlah besar (2.3 mmol ATP/kg berat basah otot per detiknya) dapat dihasilkan secara instant untuk memenuhi kebutuhan energi pada saat berolahraga dengan intensitas tinggi yang bertenaga. Namun karena terbatasnya simpanan PCr yang terdapat di dalam jaringan otot yaitu hanya sekitar 14-24 mmol ATP/ kg berat basah maka energi yang dihasilkan melalui proses hidrolisis ini hanya dapat bertahan untuk mendukung aktivitas anaerobik selama 5-10 detik. Secara alami, creatine ini akan banyak terkandung di dalam bahan makanan protein hewani seperti daging dan ikan. Data dari hasil-hasil penelitian dalam bidang olahraga yang telah dilakukan menunjukan bahwa konsumsi creatine sebanyak 5-20 g per harinya secara rutin selama 20 hari sebelum musim kompetisi berlangsung dan menguranginya menjadi 5 gr/hari saat memulai kompetisi dapat memberikan peningkatan terhadap jumlah creatine & phosphocretine di dalam otot dimana peningkatannya ini juga akan disertai dengan peningkatan dalam performa latihan anaerobik.


Biokimia Creatine
Pembentukan kreatin berawal di ginjal dan diselesaikan di hati. Pada langkah pertama pembentukan kreatin, yang terjadi di ginjal, glisin bergabung dengan glisin membentuk guanidinoasetat. Dalam reaksi ini, gugus guanidium pada arginin dipindahkan ke glisin, dan molekul arginin sisanya dibebaskan sebagai ornitin. Guanidinoasetat kemudian mengalami metilasi di hati oleh S- adenosilmetionin (SAM) untuk membentuk kreatin. Kreatin fosfat mengalir melalui darah ke jaringan lain, terutama otot dan otak, tempat zat ini bereaksi dengan ATP untuk membentuk kreatin fosfat yang berenergi tinggi. Reaksi ini, yang dikatalisis oleh kreatin fosfokinase, bersifat reversible. Dengan demikian, sel dapat menggunakan kreatin fosfat untuk membentuk kembali ATP. Kreatin fosfat yang berfungsi sebagai simpanan fosfat berenergi tinggi (dalam jumlah kecil) yang cepat menghasilkan ATP dari ADP, berperan penting dalam otot yang berkontraksi. Senyawa ini juga membawa fosfat berenergi tinggi dari mitokondria ke filamen miosin, tempat ATP digunakan untuk kontraksi otot.

Glikolisis
Glikolisis merupakan salah satu bentuk metabolisme energi yang dapat berjalan secara anaerobik tanpa kehadiran oksigen. Proses metabolisme energi ini mengunakan simpanan glukosa yang sebagian besar akan diperoleh dari glikogen otot atau juga dari glukosa yang terdapat di dalam aliran darah untuk menghasilkan ATP. Inti dari proses glikolisis yang terjadi di dalam sitoplasma sel ini adalah mengubah molekul glukosa menjadi asam piruvat dimana proses ini juga akan disertai dengan membentukan ATP. Jumlah ATP yang dapat dihasilkan oleh proses glikolisis ini akan berbeda bergantung berdasarkan asal molekul glukosa. Jika molekul glukosa berasal dari dalam darah maka 2 buah ATP akan dihasilkan namun jika molekul glukosa berasal dari glikogen otot maka sebanyak 3 buah ATP akan dapat dihasilkan. Mokelul asam piruvat yang terbentuk dari proses glikolisis ini dapat mengalami proses metabolisme lanjut baik secara aerobik maupun secara anaerobik bergantung terhadap ketersediaan oksigen di dalam tubuh. Pada saat berolahraga dengan intensitas rendah dimana ketersediaan oksigen di dalam tubuh cukup besar, molekul asam piruvat yang terbentuk ini dapat diubah menjadi CO2 dan H2O di dalam mitokondria sel. Dan jika ketersediaan oksigen terbatas di dalam tubuh atau saat pembentukan asam piruvat terjadi secara cepat seperti saat melakukan sprint, maka asam piruvat tersebut akan terkonversi menjadi asam laktat. Selain itu, sel-sel otot mampu menyimpan glukosa dalam jumlah yang terbatas dalam membentuk glikogen, namun dengan glikolisis anaerobik dengan cepat menghabiskan simpanan glikogen dalam otot.

Biokimia Glikolisis Anaerob
Dalam hal ini, dua molekul NADH yang dihasilkan dalam glikolisis oleh reaksi tahap kelima (reaksi dengan gliseraldehida 3-fosfat dehodrogenase) tidak dipakai untuk membentuk ATP melainkan digunakan untuk reaksi reduksi 2 molekul asam piruvat menjadi asam laktat. Reaksi ini dikatalisis oleh laktat dehidrogenase.

Dalam jalur glikolitik, terbentuk asam piruvat dan asam laktat. Pada pH intrasel 7,4 masing-masing asam ini melepaskan sebuah proton untuk membentuk piruvat dan laktat. Oksidasi piruvat sebagaimana diketahui akan dilanjutkan dalam siklus asam trikarboksilat menggunakan proton tersebut. Sedangkan laktat, akan dimetabolime lebi lanjut di dalam sel yang menghasilkannya atau bila tidak laktat akan menembus membran plasma disertai sebuah proton pada suatu protein transpor.
Di otot rangka, produksi laktat terjadi apabila kebutuhan ATP melebihi kapasitas mitokondria untuk melakukan fosforilasi oksidatif dan peningkatan penimbunan laktat akan didampingi oleh peningkatan kecepatan siklus asam trikarboksilat. Perpanjangan otot rangka menghasilkan ATP bervariasi sesuai dengan jenis serat otot, kapasitas mitokondria untuk melakukan fosforilasi oksidatif, lama waktu dari awitan olahraga, dan intensitas olahraga. Pada otot rangka, glikolisis anaerobik berkaitan erat dengan penggunaan simpanan glikogen otot.

Sebagian besar laktat yang dibebaskan dari jaringan yang melakukan glikolisis anaerobik diserap oleh jaringan lain yang memiliki kapasitas mitokondria yang berlebihan seperti jantung. Jantung dengan kandungan mitokondria yang sangat besar mampu menggunakan laktat yang dikeluarkan jaringan lain selama berolahraga. Laktat dipindahkan ke dalam jaringan, dioksidasi menjadi piruvat oleh laktat dehidrogenase, dan masuk ke dalam siklus asam trikarboksilat. Perjalanan laktat lain yang utama adalah perubahan menjadi glukosa oleh proses glukoneogenesis. Laktat yang dihasilkan oleh otot rangka dan jaringan lain diserap oleh hati dan diubah menjadi glukosa. Daur laktat antara otot dan hati disebut siklus Cori.



DAFTAR PUSTAKA
Sherwood, Lauralee. Human Physiology. 6thed. USA: The Thomson Corporation. 2007.
Mark DB, Mark AD, Smith CM. Basic MedicalBiochemistry: A Clinical Approach. Williams & Wilkins. 1996.
Benardot, D. Advanced Sports nutrition. Human Kinetics, Champaign, IL, 2006.
Jeukendrup, A. & Gleeson, M. Sport nutrition : An introduction to energy production and performance. Human Kinetics, Champaign,IL, 2004.
Dennis, S.C., & Noakes, T.D., Exercise:muscle & metabolic requirement. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.
Hatfield, F.C. Hardcore bodybuilding : a scientific approach. Contemporary Books, 1993.
Havenetidis,K., Matsuka, O., Cooke, C.B., & Theodore, A. The use of varying creatine regimens on sprint cycling. Journal of Sports Science & Medicine, 88-97, 2003.
Clark, J.F., Creatine & phospocreatine : a review of their use in exercise & sport. Journal of Athletic Training. Volume 32 No.1,1997

Reaksi:

1 komentar:

  1. good points and the details are more specific than elsewhere, thanks.

    - Norman

    ReplyDelete