SUMBER-SUMBER ENERGI DAN METABOLISME

SUMBER-SUMBER ENERGI DAN METABOLISME Kontraksi otot membutuhkan energi, dan otot disebut sebagai ”mesin pengubah energi kimia menjadi kerja mekanis.” sumber energi yang dapat segera digunakan adalah derivat fosfat organik berenergi diperoleh dari metabolisme intermedier karbohidrat dan lipid. Hidrolisis ATP yang menghasilkan energi untuk kontraksi, telah di bahas di atas. Fosforilkreatin ATP disintesis ulang dari ADP dengan penambahan satu group fosfat. Sebagian energi yang dibutuhkan untuk reaksi endotermik ini diperoleh dari penguraian glukosa menjadi CO2 dan H2O, tetapi di otot juga ada senyawa fosfat berenergi tinggi lain yang dapat memasok energi dibutuhkan ini untuk jangka pendek. Senyawa fosfat itu adalah fosforilkreatin, yang dihidrolisis menjadi kreatin dan grup fosfat dengan melepaskan sejumlah besar energi. Dalam keadaan istirahat, sebagian ATP di mitokondria melepaskan fosfatnya pada kreatin, sehingga terbentuk simpanan fosforilkreatin. Pada waktu kerja, fosforilkreatin mengalami hidrolisis di tempat pertemuan kepala miosin dengan aktin, membentuk ATP dari ADP, yang menyebabkan proses kontraksi dapat berlanjut. Penguraian Karbohidrat dan Lipid Dalam keadaan istirahat dan selama kerja ringan, otot menggunakan lipid dalam bentuk asam lemak bebas (FFA, free fatty acid) sebagai sumber energi. Bila intensitas kerja meningkat, penyediaan energi yang cukup cepat tidak dapat diperoleh hanya dari lipid, sehingga pemakaian kaohidrat menjadi penting sebagai komponen campuran bahan bakar otot. Jadi selama kerja berlangsung, sebagian besar energi untuk fosforilkreatin dan sintesis ulang ATP berasal dari penguraian glukosa menjadi CO2 dan H2O. Dalam pembahasan ini, cukup diperhatikan bahwa gula darah masuk ke dalam sel, dan mengalami degradasi melalui serangkaian reaksi kimia, menjadi piruvat. Sumber glukosa intrasel lain, yang berarti juga sumber piruvat, adalah glikogen, suatu polimer karbohidrat yang terdapat dalam jumlah sangat besar di hati dan otot rangka. Bila terdapat oksigen dan mengalami metabolisme melalui siklus ini dan melalui apa yang dinamakan jalur enzim pernapasan – menjadi CO2 dan H2O. Proses ini dinamakan glikolisis aerobik. Penguraian glukosa atau glikogen menjadi CO2 dan H2O melepaskan energi yang cukup besar untuk membentuk sejumlah besar ATP dari ADP. Bila pasokan O2 tidak mencukupi, piruvat yang dibentuk dari glukosa tidak masuk ke dalam siklus asam trikarboksilat, melainkan direduksi menjadi laktat. Proses glikolisis anerobik ini berkaitan dengan dihasilkanya sejumlah kecil ikatan-ikatan fosfat berenergi tinggi, tetapi proses ini tidak membutuhkan adanya O2. Mekanisme Utang Oksigen Selama kerja otot, pembuluh darah otot melebar dan aliran darah meningkat sedemikian sehingga pasokan O2 yang tersedia meningkat. Sampai suatu titik tertentu, konsumsi O2 sebanding dengan energi yang dikeluarkan, dan semua kebutuhan energi dipenuhi melalui proses erobik. Namun, bila kerja otot sangat kuat, resintesis aerobik untuk simpanan energi tidak dapat mengikuti kecepatan penggunaannya. Dalam keadaan demikian, fosforilkreatin tetap digunakan untuk sintesis ulang ATP. Sebagian sintesis ATP dipenuhi dengan menggunakan energi yang dilepaskan melalui penguraian anaerobik glukosa menjadi laktat. Penggunaan jalur anaerobik bersifat self-limitting, karena meskipun terjadi difusi cepat laktat ke dalam aliran darah, cukup banyak yang berkumpul di otot yang pada akhirnya melampaui kapasitas dapar (buffer) jaringan dan menyebabkan penurunan pH yang menghambat enzim. Akan tetapi, untuk jangka pendek, adanya jalur anaerobik untuk penguraian glukosa memungkinkan kerja otot yang jauh lebih besar daripada bila tidak ada jalur tersebut. Misalnya, pada lari cepat 100 meter yang berlangsung 10 detik, 85% energi yang dipakai diperoleh secara anaerobik; pada lomba lari 2 mil yang berlangsung 10 menit 20% energi diperoleh secara anaerobik; dan pada lomba lari jauh yang berlangsung 60 menit, hanya 5% energi yang diperoleh dari metabolisme anaerobik. Setelah selesainya satu masa kerja, O2 ekstra digunakan untuk membuang sisa laktat, mengembalikan ATP dan simpanan fosforilkreatin, serta mengganti sejumlah kecil O2 yang berasal dari mioglobin. Jumlah O2 ekstra yang dipakai sebanding dengan besarnya kebutuhan energi, selama berlangsungnya kerja, yang melampaui kapasitas sistesis aerobik simpanan energi, yaitu batas terjadinya hutang oksigen. Utang O2 diukur secara eksperimental dengan menetapkan konsumsi O2 setelah kerja sampai konsumsi basal yang menetap tercapai, dan mengurangi konsumsi basal dari jumlah keseluruhan. Jumlah hutang oksigen ini dapat mencapai enam kali konsumsi O2 basal, menunjukkan bahwa orang tersebut mampu melakukan kerja sebesar enam kalinya, yang tidak mungkin dilakukan tanpa utang oksigen. Tampaknya utang maksimal dapat terjadi dengan cepat atau lambat; kerja berat hanya mungkin untuk waktu singkat, sedangkan kerja yang lebih ringan dapat berlangsung lebih lama. Atlet yang terlatih dapat lebih meningkatkan konsumsi O2 otot dibandingkan dengan orang tidak terlatih, dan dapat menggunakan asam lemak bebas lebih efektif. Dengan demikian mereka mampu melakukan kerja yang lebih berat tanpa menghabiskan simpanan glikogennya dan tanpa meningkatkan pembentukan asam laktat. Karena itu, hutang oksigennya lebih kecil untuk setiap beban kerja. Mereka juga dibiasakan makan makanan tinggi karbohidrat selama beberapa hari sebelum pertandingan, yang akan meningkatkan simpanan glikogen otot. Hal ini saja telah dapat meningkatkan ketahanan. Pembentukan Panas di Otot Secara termodinamika, energi yang diberikan pada otot harus setara dengan pengeluaran energi otot. Pengeluaran energi ini berwujud sebagai kerja otot, berwujud sebagai terbentuknya ikatan fosfat berenergi tinggi untuk digunakan kemudian, dan sebagai panas. Efisiensi mekanis otot rangka secara menyeluruh (kerja yang dihasilkan/penggunaan energi total) erkisar sampai 50% ketika mengangkat beban selama kontraksi isometrik. Simpanan energi pada ikatan fosfat merupakan faktor kecil. Dengan demikian, pada kontraksi isometrik, pembentukan panas menjadi sangat besar. Panas yang timbul di otot dapat diukur dengan tepat menggunakan thermocouples yang sesuai. Panas istirahat (resting heat), panas yang dilepaskan saat istirahat, merupakan manifestasi eksternal proses metabolik basal. Panas yang dihasilkan selama kontraksi, yang melampaui besarnya panas istirahat, dinamakan panas awal (initial heat). Panas awal ini terdiri dari panas aktivasi (activation heat), yaitu panas yang dihasilkan otot saat berkontraksi, dan panas pemendekan (shortening heat), yang sebanding dengan jarak pemendekan otot. Panas pemendekan terbentuk akibat terjadinya beberapa perubahan pada struktur otot selama pemendekan otot. Setelah kontraksi, pembentukan panas yang melampaui besarnya panas istirahat berlangsung selama 30 menit. Panas pemulihan (recovery heat) ini adalah panas yang dilepaskan oleh proses metabolik yang memulihkan otot kembali ke keadaan sebelum kontraksi. Panas pemulihan otot kira-kira setara dengan panas awal; artinya panas yang dihasilkan selama kontraksi. Bila otot yang telah selesai berkontraksi isotonik, kembali ke panjang semula, terjadi panas tambahan disamping panas pemulihan yaitu panas relaksasi (relaxation heat). Kerja eksternal harus terjadi pada otot untuk mengembalikan otot ke panjang semula, dan panas relaksasi terutama merupakan manifestasi kerja tersebut.