Biologi Sekolah Menengah Atas · Grades 10–12

7Olahraga dan Kebutuhan Energi Tubuh

Seorang pesepeda di atas sepeda laboratorium mengayuh melawan rem yang mengukur dayanya: $100\,\mathrm{W}$ , lalu $150\,\mathrm{W}$ , lalu $200\,\mathrm{W}$ . Sebuah masker menutupi wajahnya dan mengirim tiap embusan napasnya ke penganalisis. Angka di layarnya memanjat seiring remnya: makin banyak usaha mekanis yang diberikannya, makin banyak oksigen yang dipakainya dan makin banyak karbon dioksida yang diembuskannya. Ototnya sedang menjalankan respirasi Bab 4 dengan sepenuh-penuhnya, dan penganalisisnya sedang membaca neracanya. Bab ini mengikuti energi olahraga dari makanan yang memasoknya sampai oksigen yang melepaskannya.

7.1 Energi masuk, usaha keluar

Definisi 7.1 (Pengeluaran energi)

Yang disebut pengeluaran energi tubuh, dalam joule, adalah seluruh energi yang dilepaskan selnya dari molekul organik selama waktu tertentu. Dibagi waktunya, ia menjadi daya metabolisme, dalam watt. Dalam keadaan istirahat, orang dewasa mengeluarkan sekitar $80\,\mathrm{W}$ — sekitar $7000\,\mathrm{kJ}$ sehari — untuk menjaga jantungnya berdenyut, otaknya bekerja, suhunya pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan selnya tetap hidup; inilah metabolisme basal. Setiap kegiatan menambahinya.

Proposisi 7.2 (Ke mana energinya pergi)

Otot yang bekerja mengubah hanya sekitar seperempat energi yang dilepaskannya menjadi usaha mekanis; tiga perempat sisanya keluar sebagai kalor. Karena itu memberikan daya mekanis $P$ menuntut tubuh mengeluarkan daya metabolisme sekitar $4P$ di atas keadaan istirahat: pesepeda pada $100\,\mathrm{W}$ di pedalnya mengeluarkan sekitar $400\,\mathrm{W}$ dalam ototnya, dan tubuhnya harus membuang $300\,\mathrm{W}$ kalor — sebagian besar lewat berkeringat.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Contoh 7.3 (Anggaran harian)

Seorang murid yang duduk di kelas, berjalan ke sekolah dan tidur mengeluarkan sekitar $9000\,\mathrm{kJ}$ sehari; satu jam sepak bola menambahkan sekitar $2500\,\mathrm{kJ}$ ; sehari di pegunungan dengan ransel, $15\,000\,\mathrm{kJ}$ seluruhnya. Pesepeda pada etape pegunungan sebuah lomba mengeluarkan $25\,000\,\mathrm{kJ}$ , dan tidak dapat makan cukup banyak sepanjang hari untuk menutupinya. Energinya berasal dari makanan (Bab 1): $17\,\mathrm{kJ}$ tiap gram karbohidrat atau protein, $38\,\mathrm{kJ}$ tiap gram lipid.

7.2 Pemakaian oksigen mengukur pengeluaran energi

Proposisi 7.4 (Kesetaraan oksigennya)

Karena energi olahraga dilepaskan lewat respirasi seluler, yang memakai oksigen, konsumsi oksigen tubuh mengukur pengeluaran energinya: tiap liter oksigen yang terpakai sepadan dengan sekitar $20\,\mathrm{kJ}$ yang dilepaskan, apa pun campuran glukosa dan lipid yang dibakar. Dalam keadaan istirahat seseorang memakai sekitar $0.25\,\mathrm{L}$ oksigen tiap menit; selama olahraga pemakaiannya naik sebanding dengan daya yang diberikan, sampai ke batas atas pribadinya.

Bukti percobaan. Persamaan respirasi pada Bab 4 memberi $2870\,\mathrm{kJ}$ untuk $6\,\mathrm{mol}$ oksigen, yaitu $478\,\mathrm{kJ}$ tiap mol, dan satu mol gas menempati sekitar $24\,\mathrm{L}$ : $20\,\mathrm{kJ}$ tiap liter. Untuk lipid angkanya $19.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{L}$ , untuk karbohidrat $21.1\,\mathrm{kJ}/\mathrm{L}$ , sehingga campurannya nyaris tidak berpengaruh. Pengukuran dalam bilik tertutup, tempat kalor yang dilepaskan seorang subjek dikumpulkan langsung, sesuai dengan angka oksigennya sampai beberapa persen. ∎

Konsumsi oksigen seorang subjek yang mengayuh dengan daya yang meningkat. Kenaikannya linear — sekitar 12\, mL oksigen tiap menit tiap watt — sampai konsumsinya mencapai batas atasnya, yaitu V\! O_2maks subjek itu; di luar batas itu daya tambahannya dipasok tanpa oksigen dan tidak dapat dipertahankan. — Konsumsi oksigen seorang subjek yang mengayuh dengan daya yang meningkat. Kenaikannya linear — sekitar $12\,\mathrm{mL}$ oksigen tiap menit tiap watt — sampai konsumsinya mencapai batas atasnya, yaitu $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks subjek itu; di luar batas itu daya tambahannya dipasok tanpa oksigen dan tidak dapat dipertahankan.

Definisi 7.5 (Konsumsi oksigen maksimal)

Yang disebut konsumsi oksigen maksimal, yang ditulis $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks, adalah laju tertinggi yang dengannya tubuh seseorang dapat menyerap dan memakai oksigen, dalam liter tiap menit — atau, untuk membandingkan orang yang berbeda ukurannya, dalam mililiter tiap menit tiap kilogram massa tubuh. Ia menetapkan daya tertinggi yang dapat dipertahankan oleh respirasi saja. Nilai yang lazim: $35\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram pada orang dewasa yang kurang gerak, $50$ pada murid yang terlatih, $80$ atau lebih pada juara olahraga ketahanan.

Contoh 7.6 (Membaca lengkungnya)

Pada gambarnya, mengayuh $100\,\mathrm{W}$ menuntut $1.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ oksigen: $1.5 \times 20 = 30\,\mathrm{kJ}$ tiap menit, yaitu $500\,\mathrm{W}$ daya metabolisme — yaitu $100\,\mathrm{W}$ usaha ditambah $400\,\mathrm{W}$ kalor dan kebutuhan istirahat, sejalan dengan Proposisi 7.2. Batas atas $3.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bagi subjek $66\,\mathrm{kg}$ sama dengan $50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram.

Mengukur konsumsi oksigen selama olahraga: tiap embusan napas melewati masker menuju penganalisis gas yang merekam oksigen yang terserap dan karbon dioksida yang dilepaskan, menit demi menit, sementara ban berjalannya menetapkan dayanya.

7.3 Bahan bakar otot

Proposisi 7.7 (Tiga sumber ATP)

Kerutan otot dibayar dengan ATP, dan selnya hanya menyimpan persediaan untuk beberapa sekon. ATP-nya diperbarui lewat tiga jalur, yang masing-masing punya kecepatan dan kapasitasnya sendiri:

simpanan kecil sebuah senyawa fosfat dalam ototnya, yang membentuk ulang ATP seketika tetapi bertahan sekitar sepuluh sekon — untuk lari cepat;
fermentasi laktat glukosa dalam sitoplasma, yang cepat tetapi boros, yang menopang usaha habis-habisan selama satu sampai dua menit dan menghasilkan asam laktat;
respirasi seluler dalam mitokondria, yang lebih lambat mencapai laju penuh tetapi hampir tak terbatas lamanya, yang membakar glukosa dari darah, glikogen dari otot, dan asam lemak dari lemak tubuh.

Bagian masing-masing bergantung pada kegiatan dan lamanya olahraganya.

Bukti. Diterima tanpa bukti pada tingkat ini. ∎

Bagian hampiran ketiga sumber ATP dalam usaha habis-habisan yang lamanya tertentu. Lari cepat 100 meter berjalan dengan simpanan fosfat; lomba 400 meter sebagian besar dengan fermentasi; apa pun yang melampaui beberapa menit dengan respirasi.

Definisi 7.8 (Glikogen)

Yang disebut glikogen adalah bentuk hewani karbohidrat yang tersimpan: rantai satuan glukosa yang bercabang, yang tersimpan sebagai butiran dalam sel otot (sekitar $400\,\mathrm{g}$ pada orang dewasa) dan dalam hati (sekitar $100\,\mathrm{g}$ ). Glikogen otot menjadi bahan bakar otot yang menyimpannya; glikogen hati dibongkar menjadi glukosa yang dilepaskan ke dalam darah, yang menjaga glukosa darahnya mendekati $1\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ bagi otak dan jaringan lainnya. Lemak, yang tersimpan dalam sel lemak, adalah cadangan yang jauh lebih besar (Bab 1), tetapi ia hanya dapat dibakar dengan lambat dan hanya dengan oksigen.

Contoh 7.9 (Tembok maraton)

Berlari menuntut sekitar $4\,\mathrm{kJ}$ tiap kilogram massa tubuh tiap kilometer; pelari $70\,\mathrm{kg}$ mengeluarkan $280\,\mathrm{kJ}/\mathrm{km}$ , dan satu maraton menuntut $11\,800\,\mathrm{kJ}$ . Simpanan glikogennya memuat sekitar $8500\,\mathrm{kJ}$ . Jika pelarinya membakar glikogen terlalu cepat, simpanannya habis sekitar kilometer ketiga puluh; ototnya lalu harus bersandar pada lemak, yang memasok energi dengan laju nyaris separuhnya saja, dan kecepatannya runtuh — “menabrak tembok”. Pelari yang terlatih membakar bagian lemak yang lebih besar sejak awal, dan makan karbohidrat selama lombanya.

Rantai energi olahraga yang berkelanjutan: bahan bakar dari makanan dan simpanan tubuh, oksigen dari pernapasan, ATP yang dibuat dalam mitokondria dan dibelanjakan untuk berkerut — tiga perempatnya keluar sebagai kalor.

7.4 Mengukur dan menalar

Metode 7.10 (Sebuah hitungan energi untuk olahraga)

Dari oksigennya: energi ( $\mathrm{kJ}$ ) $=$ oksigen yang terpakai ( $\mathrm{L}$ ) $\times 20$ . Kurangi konsumsi istirahatnya jika pertanyaannya meminta biaya olahraganya saja.
Dari daya mekanisnya: daya metabolisme $\approx 4 P$ ; energi $=$ daya $\times$ waktu ( $1\,\mathrm{W}$ selama $1\,\mathrm{s}$ sama dengan $1\,\mathrm{J}$ ; $1\,\mathrm{kWh}$ $= 3600\,\mathrm{kJ}$ ).
Dari bahan bakarnya: massa yang terbakar $=$ energi $/$ nilai energinya ( $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ karbohidrat, $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ lipid); glikogen tersimpan bersama air tiga kali massanya.
Periksa orde besarnya: sehari penuh sekitar $10\,000\,\mathrm{kJ}$ ; satu jam yang berat, $2000\text{ to }3000\,\mathrm{kJ}$ ; satu maraton, $12\,000\,\mathrm{kJ}$ .

Contoh 7.11 (Satu jam bersepeda)

Satu jam pada $150\,\mathrm{W}$ di pedalnya: daya metabolismenya sekitar $600\,\mathrm{W}$ , energinya $600 \times 3600 = 2.16 \times 10^{6}\,\mathrm{J} \approx 2200\,\mathrm{kJ}$ ; oksigennya $2200/20 = 110\,\mathrm{L}$ , yaitu $1.8\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ — sesuai dengan lengkungnya. Jika separuhnya berasal dari karbohidrat: $1100/17 \approx 65\,\mathrm{g}$ glukosa atau glikogen, dan $1100/38 \approx 29\,\mathrm{g}$ lemak.

Catatan 7.12 (Mengapa oksigennya harus tiba)

Segala yang di atas mengandaikan bahwa oksigen mencapai mitokondria secepat mitokondria dapat memakainya. Itulah tugas paru-paru, jantung dan darah, yang tanggapannya terhadap olahraga — napas yang lebih cepat, denyut jantung yang lebih cepat dan lebih kuat, darah yang dialihkan ke otot — menjadi pokok Bab 8. $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks sebagian besar adalah batas pengantarannya, bukan batas selera ototnya.

7.5 Latihan

Latihan 7.1 ★

Rumuskan metabolisme basal dan berikan orde besarnya dalam watt dan dalam kilojoule tiap hari.

Solusi

Solusi Latihan 7.1.

Energi yang dikeluarkan dalam keadaan istirahat penuh untuk menjaga tubuh tetap hidup — jantung, otak, suhu, perawatan sel: sekitar $80\,\mathrm{W}$ , sekitar $7000\,\mathrm{kJ}$ sehari.

Latihan 7.2 ★

Seorang subjek memakai $2.0\,\mathrm{L}$ oksigen tiap menit. Berapa pengeluaran energinya dalam kilojoule tiap menit, dan dalam watt?

Solusi

Solusi Latihan 7.2.

$2.0 \times 20 = 40\,\mathrm{kJ}$ tiap menit, yaitu $40000/60 \approx 670\,\mathrm{W}$ .

Latihan 7.3 ★

Sebutkan ketiga jalur yang dengannya otot memperbarui ATP-nya dan berikan lama lazim yang dapat ditopang masing-masing sendirian.

Solusi

Solusi Latihan 7.3.

Simpanan fosfat ototnya (sekitar sepuluh sekon); fermentasi laktat (satu sampai dua menit usaha habis-habisan); respirasi seluler (berjam-jam).

Latihan 7.4 ★

Apa itu $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks? Setarakan $3.5\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ bagi subjek $70\,\mathrm{kg}$ menjadi mililiter tiap menit tiap kilogram.

Solusi

Solusi Latihan 7.4.

Laju tertinggi yang dengannya tubuh dapat menyerap dan memakai oksigen. $3500/70 = 50\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram.

Latihan 7.5 ★

Di mana glikogen disimpan, dalam jumlah berapa, dan untuk apa tiap simpanannya?

Solusi

Solusi Latihan 7.5.

Otot, sekitar $400\,\mathrm{g}$ , yang menjadi bahan bakar otot yang menyimpannya; hati, sekitar $100\,\mathrm{g}$ , yang dilepaskan sebagai glukosa ke dalam darah bagi otak dan jaringan lainnya.

Latihan 7.6 ★★

Dari gambar oksigen terhadap daya, bacalah konsumsi oksigennya pada $200\,\mathrm{W}$ dan hitung daya metabolismenya. Turunkan kalor yang dihasilkan tiap sekon.

Solusi

Solusi Latihan 7.6.

$2.7\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ : $2.7 \times 20 = 54\,\mathrm{kJ}$ tiap menit, yaitu $900\,\mathrm{W}$ . Kalornya: $900 - 200 = 700\,\mathrm{W}$ .

Latihan 7.7 ★★

Seorang pendaki $60\,\mathrm{kg}$ menanjak $800\,\mathrm{m}$ dalam dua jam. Hitung usaha mekanis melawan gravitasi ( $g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$ ), energi yang dikeluarkan ototnya jika efisiensinya 25%, dan daya metabolisme rata-rata di atas keadaan istirahat.

Solusi

Solusi Latihan 7.7.

Usahanya $mgh = 60 \times 9.8 \times 800 \approx 470\,\mathrm{kJ}$ . Pada efisiensi 25% ototnya mengeluarkan sekitar $1900\,\mathrm{kJ}$ . Sepanjang $7200\,\mathrm{s}$ : sekitar $260\,\mathrm{W}$ di atas keadaan istirahat.

Latihan 7.8 ★★

Dengan gambar batang bertumpuknya, jelaskan mengapa pelari 400 meter terengah-engah dan nyeri di garis akhir sedangkan pelari cepat 100 meter nyaris tidak terengah.

Solusi

Solusi Latihan 7.8.

Lari cepat 100 meter berjalan hampir seluruhnya dengan simpanan fosfat: tanpa utang oksigen, sedikit asam laktat. Lomba 400 meter berlangsung sekitar satu menit dan menarik separuh energinya dari fermentasi laktat: asam laktatnya menumpuk (itulah nyerinya) dan respirasi yang harus membersihkannya membuat pelarinya terus terengah selama beberapa menit sesudahnya.

Latihan 7.9 ★★

Seorang atlet mengeluarkan $3000\,\mathrm{kJ}$ dalam satu sesi latihan, 60% darinya dari karbohidrat. Berapa massa glikogen yang telah dipakainya, dan berapa massa air yang dilepaskan bersamanya?

Solusi

Solusi Latihan 7.9.

Energi karbohidratnya $0.6 \times 3000 = 1800\,\mathrm{kJ}$ ; glikogennya $1800/17 \approx 106\,\mathrm{g}$ ; air yang dilepaskan sekitar $320\,\mathrm{g}$ .

Latihan 7.10 ★★

Sebatang cokelat $50\,\mathrm{g}$ menyediakan $1100\,\mathrm{kJ}$ . Berapa lama ia akan menenagai pesepeda yang mengayuh pada $150\,\mathrm{W}$ ?

Solusi

Solusi Latihan 7.10.

Daya metabolismenya sekitar $600\,\mathrm{W}$ : $1.1 \times 10^{6}/600 \approx 1830\,\mathrm{s}$ , sekitar 30 menit.

Latihan 7.11 ★★

Mengapa suhu tubuh seseorang naik selama olahraga, dan dengan mekanisme apa suhunya dicegah naik lebih jauh?

Solusi

Solusi Latihan 7.11.

Tiga perempat energi yang dilepaskan dalam ototnya berupa kalor, beberapa ratus watt selama olahraga berat. Berkeringat menyingkirkannya: menguapkan air menuntut sekitar $2.4\,\mathrm{kJ}$ tiap gram, dan aliran darah ke kulit membawa kalornya ke sana. Tanpa berkeringat, suhu tubuhnya akan naik satu derajat tiap beberapa menit.

Latihan 7.12 ★★★

Dua subjek bermassa $60\,\mathrm{kg}$ dan $90\,\mathrm{kg}$ sama-sama punya $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks $3.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Siapa yang dapat berlari menanjak lebih cepat, dan siapa yang dapat mengayuh lebih kuat di jalan datar pada sepeda laboratorium? Jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 7.12.

Ketika menanjak, daya yang diperlukan sebanding dengan massa tubuhnya: subjek $60\,\mathrm{kg}$ punya $60\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram berhadapan dengan $40$ , dan menanjak lebih cepat. Pada sepeda laboratorium dayanya tidak bergantung pada massa, keduanya punya $3.6\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ yang sama, dan keduanya dapat mempertahankan watt yang sama.

Latihan 7.13 ★★★

Konsumsi oksigen seorang pelari selama lomba adalah $3.0\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ pada kecepatan yang, menurut lengkungnya, akan menuntut $3.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Dari mana bedanya berasal, dan apa yang akan dirasakan pelarinya setelah beberapa menit?

Solusi

Solusi Latihan 7.13.

Kekurangan $0.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ setara oksigen itu dipasok oleh fermentasi laktat dalam ototnya. Asam laktatnya menumpuk; dalam beberapa menit ototnya terbakar dan pelarinya terpaksa melambat ke kecepatan yang dapat ditutupi respirasi sendirian.

Latihan 7.14 ★★★

Jelaskan mengapa seseorang tidak dapat mengurangi lemak lewat olahraga pada kegiatan maksimal dalam letupan singkat seefektif lewat olahraga sedang dalam waktu lama, dengan memakai ketiga jalur ATP-nya.

Solusi

Solusi Latihan 7.14.

Letupan maksimal yang singkat berjalan dengan simpanan fosfat dan fermentasi, yang sama sekali tidak memakai lemak; lemak hanya dibakar lewat respirasi, yang menuntut beberapa menit untuk mencapai laju penuh dan hanya berkuasa dalam olahraga sedang yang berkepanjangan. Energi seluruh beberapa letupan itu juga kecil dibandingkan usaha mantap selama satu jam.

Latihan 7.15 ★★★

Seorang pesepeda pada etape pegunungan mengeluarkan $25\,000\,\mathrm{kJ}$ dalam sehari. Glikogennya memuat $8500\,\mathrm{kJ}$ dan ia makan $6000\,\mathrm{kJ}$ selama etapenya. Perkirakan massa lemak tubuh yang dibakarnya, dan jelaskan mengapa pembalapnya makan terus-menerus selama etape semacam itu.

Solusi

Solusi Latihan 7.15.

Kekurangannya $25000 - 8500 - 6000 = 10\,500\,\mathrm{kJ}$ , yaitu sekitar $280\,\mathrm{g}$ lemak. Makan selama etapenya menjaga glukosa darahnya tetap tinggi bagi otaknya dan menghemat glikogennya untuk tanjakan, tempat daya yang diperlukan jauh di atas apa yang dapat dipasok lemak sendirian; lemaknya menutupi bagian hari yang mantap.

7.6 Soal: Di Mana Temboknya Berdiri

Soal 7.1

Soal akhir pekan — anggaran energi sebuah maraton: oksigen yang dihirup pelarinya, glikogen yang dibawanya, kilometer tempat glikogennya habis, dan apa yang diubah latihan

Nadia, $60\,\mathrm{kg}$ , berlari maraton ( $42.2\,\mathrm{km}$ ) dalam $3\,\mathrm{h}$ $30\,\mathrm{min}$ . Berlari menuntut $4.0\,\mathrm{kJ}$ tiap kilogram tiap kilometer. Ototnya memuat $300\,\mathrm{g}$ glikogen dan hatinya $80\,\mathrm{g}$ ; glikogen dan glukosa memberi $17\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ , lemak $38\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ ; satu liter oksigen melepaskan $20\,\mathrm{kJ}$ . $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya $52\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram.

Bagian I — Biaya lombanya.

Hitung biaya energi maraton itu bagi Nadia.
Hitung daya metabolisme rata-ratanya selama lombanya, dalam watt.
Hitung volume oksigen yang dipakainya sepanjang lombanya, lalu konsumsi oksigen rata-ratanya dalam liter tiap menit.
Nyatakan konsumsi itu dalam mililiter tiap menit tiap kilogram, dan sebagai persentase $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya.
Konsumsi istirahatnya $0.2\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ . Berapa bagian konsumsi pada hari lombanya yang disebabkan larinya sendiri?

Bagian II — Simpanannya.

Hitung energi yang termuat dalam simpanan glikogennya.
Jika ia hanya membakar glikogen, pada kilometer keberapa simpanannya akan habis?
Sesungguhnya ia membakar campuran: 80% karbohidrat, 20% lemak pada kecepatan lombanya. Pada kilometer keberapa glikogennya kini habis?
Berapa massa lemak yang dibakarnya dalam lombanya? Bandingkan dengan $9\,\mathrm{kg}$ lemak yang lazim dibawa perempuan $60\,\mathrm{kg}$ .
Jelaskan, dari Proposisi 7.7, mengapa ia tidak dapat sekadar membakar lemak saja begitu glikogennya habis dan tetap menjaga kecepatannya.

Bagian III — Mengalahkan temboknya.

Selama lombanya ia meminum larutan bergula yang memasok $60\,\mathrm{g}$ karbohidrat tiap jam. Berapa energi yang ditambahkannya sepanjang lombanya, dan berapa kilometer pemakaian karbohidrat yang ditutupinya?
Ulangi pertanyaan 8 dengan minumannya. Apakah ia kini menyelesaikan lombanya sebelum glikogennya habis?
Tiga hari sebelum lombanya ia “memuat” karbohidrat, sehingga glikogen ototnya naik menjadi $500\,\mathrm{g}$ . Tiap gramnya tersimpan bersama $3\,\mathrm{g}$ air. Berapa massanya naik, dan berapa biayanya dalam energi tiap kilometer?
Latihan menggeser campuran kecepatan lombanya menjadi 55% karbohidrat, 45% lemak. Dengan pemuatan dan minumannya, pada kilometer keberapa glikogennya akan habis? Beri tanggapan.
Mengapa otak, yang hanya memakai glukosa, membuat habisnya glikogen terasa seperti kelelahan bahkan ketika ototnya masih punya lemak untuk dibakar?

Bagian IV — Angka seorang juara. Seorang pelari elite bermassa $55\,\mathrm{kg}$ berlari maraton dalam $2\,\mathrm{h}$ $05\,\mathrm{min}$ , dengan biaya lari $3.6\,\mathrm{kJ}$ tiap kilogram tiap kilometer dan $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks $80\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram.

Hitung biaya energi lomba bagi sang juara dan konsumsi oksigen rata-ratanya dalam liter tiap menit.
Berapa persen $\dot V\!\mathrm{O_2}$ maks-nya yang dipertahankannya? Bandingkan dengan angka Nadia.
Dua hal membedakan sang juara: batas atas yang lebih tinggi dan biaya tiap kilometer yang lebih rendah. Mana dari keduanya yang disebut “kehematan”? Hitung berapa banyak beda biayanya sendirian mengubah energi lomba bagi pelari $55\,\mathrm{kg}$ .
Ototnya memuat $500\,\mathrm{g}$ glikogen setelah pemuatan. Pada pemakaian karbohidrat 70%, apakah ia mencapai garis akhir dengan glikogen itu tanpa minum?
Nyatakan hasilnya: bagi Nadia, kilometer tempat temboknya berdiri tanpa persiapan, dan tiga tindakan yang memindahkannya melampaui garis akhir.

Solusi

Solusi Soal 7.1.

1. $4.0 \times 60 \times 42.2 \approx 10\,100\,\mathrm{kJ}$ .

2. $3\,\mathrm{h}\,30\,\mathrm{min} = 12\,600\,\mathrm{s}$ : $1.01 \times 10^{7}/12600 \approx 800\,\mathrm{W}$ .

3. $10100/20 \approx 506\,\mathrm{L}$ ; sepanjang $210\,\mathrm{min}$ , sekitar $2.4\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

4. $2400/60 = 40\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram, yaitu $40/52 \approx 77\%$ nilai maksimalnya.

5. $(2.4 - 0.2)/2.4 \approx 92\%$ .

6. $380 \times 17 = 6460\,\mathrm{kJ}$ .

7. Lombanya menuntut $240\,\mathrm{kJ}$ tiap kilometer: $6460/240 \approx 27\,\mathrm{km}$ .

8. Pemakaian karbohidratnya $0.8 \times 240 = 192\,\mathrm{kJ}/\mathrm{km}$ : $6460/192 \approx 34\,\mathrm{km}$ — itulah temboknya.

9. Energi lemaknya $0.2 \times 10100 \approx 2020\,\mathrm{kJ}$ , yaitu $2020/38 \approx 53\,\mathrm{g}$ : sekitar 0.6% dari $9\,\mathrm{kg}$ -nya.

10. Lemak hanya dibakar lewat respirasi dan dengan laju yang terbatas: ia hanya dapat memasok kira-kira separuh daya yang dituntut kecepatannya. Tanpa glikogen, ototnya tidak dapat membuat ATP cukup cepat, dan kecepatannya turun.

11. $60 \times 3.5 = 210\,\mathrm{g}$ , yaitu $210 \times 17 \approx 3570\,\mathrm{kJ}$ , yang menutupi $3570/192 \approx 19\,\mathrm{km}$ pemakaian karbohidrat.

12. Karbohidrat yang tersedia $6460 + 3570 = 10\,030\,\mathrm{kJ}$ : $10030/192 \approx 52\,\mathrm{km}$ , melampaui garis akhirnya. Ya.

13. $+200\,\mathrm{g}$ glikogen $+ 600\,\mathrm{g}$ air: $0.8\,\mathrm{kg}$ , yang menuntut tambahan $0.8 \times 4.0 \approx 3\,\mathrm{kJ}$ tiap kilometer — dapat diabaikan terhadap 240.

14. Glikogennya $580 \times 17 = 9860\,\mathrm{kJ}$ ditambah minumannya: sekitar $13\,400\,\mathrm{kJ}$ ; pemakaian karbohidratnya $0.55 \times 240 = 132\,\mathrm{kJ}/\mathrm{km}$ : lebih dari $100\,\mathrm{km}$ . Temboknya telah berpindah jauh melampaui garis akhir, dengan selisih yang lebar.

15. Otak hanya membakar glukosa, yang dipasok glikogen hatinya. Ketika simpanan itu kosong, glukosa darahnya turun, dan otak mengisyaratkan keadaan darurat itu sebagai pusing dan lelah yang luar biasa, seberapa pun yang masih dimiliki ototnya.

16. $3.6 \times 55 \times 42.2 \approx 8360\,\mathrm{kJ}$ ; $8360/20 = 418\,\mathrm{L}$ sepanjang $125\,\mathrm{min}$ : sekitar $3.3\,\mathrm{L}/\mathrm{min}$ .

17. $3340/55 \approx 61\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ tiap kilogram, yaitu $61/80 \approx 76\%$ — bagian yang sama dengan Nadia. Yang berbeda adalah batas atasnya, bukan bagian yang terpakai darinya.

18. Kehematan adalah biaya tiap kilogram tiap kilometer. Bagi pelari $55\,\mathrm{kg}$ , $(4.0 - 3.6) \times 55 \times 42.2 \approx 930\,\mathrm{kJ}$ terhemat sepanjang lombanya, sekitar 9%.

19. Glikogennya $8500\,\mathrm{kJ}$ ; karbohidrat yang diperlukan $0.7 \times 8360 \approx 5850\,\mathrm{kJ}$ : ya, simpanannya mencukupi tanpa minum.

20. Tanpa persiapan, glikogen Nadia habis sekitar kilometer 34; pemuatan karbohidrat sebelum lomba, minum karbohidrat selama lomba, dan latihan yang menaikkan bagian lemak yang terbakar masing-masing mendorong temboknya melampaui garis akhir.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 479 istilah di glosarium