Seberapa Tangguh Jantung Astronot untuk Perjalanan ke Mars?

tirto.id - Roket bisa membawa manusia ke Mars. Namun, perjalanan menuju planet merah itu menyimpan persoalan yang tak mudah diatasi. Tubuh manusia harus bertahan selama berbulan-bulan di ruang angkasa, lalu menghadapi lingkungan yang berbeda ketika tiba di tujuan.

Salah satu pertanyaan penting berkaitan dengan jantung. Organ ini terbiasa bekerja di bawah gravitasi Bumi. Apa yang terjadi ketika pengaruh gravitasi berkurang selama berbulan-bulan? Apakah jantung mampu menyesuaikan diri, lalu kembali bekerja dengan baik ketika astronot menghadapi gravitasi setelah perjalanan panjang?

Sebuah penelitian terbaru memberi gambaran yang cukup menjanjikan. Temuannya membuka peluang untuk memahami kesiapan tubuh manusia menjalani perjalanan ke Mars.

Bagaimana Jantung Beradaptasi di Ruang Angkasa?

Di Bumi, gravitasi memengaruhi distribusi darah dan cairan tubuh. Jantung dan pembuluh darah bekerja menjaga aliran darah ke otak, termasuk ketika manusia berdiri. Saat astronot memasuki lingkungan mikrogravitasi, cairan tubuh bergeser dari kaki dan perut menuju dada dan kepala. Fenomena ini dikenal sebagai pergeseran cairan (fluid shift).

Pergeseran cairan membuat wajah astronot tampak lebih bengkak, sedangkan kaki terlihat lebih ramping. Tubuh merespons pergeseran tersebut dengan mengurangi volume cairan. Dalam 24 jam pertama penerbangan, volume plasma darah dapat turun sekitar 10–17 persen. Penurunan volume plasma ini berbeda dari anemia antariksa, yang berkaitan dengan berkurangnya sel darah merah selama penerbangan.

Jantung juga beradaptasi dengan kondisi baru. Tanpa pengaruh gravitasi seperti di Bumi, sistem kardiovaskular tidak perlu bekerja dengan cara yang sama untuk menjaga aliran darah ke otak.

"Dalam kondisi mikrogravitasi, jantung berubah bentuk dari oval (seperti balon yang diisi air) menjadi bulat (seperti balon yang diisi udara)," tulis Badan Penerbangan dan Antariksa Amerika Serikat (NASA) dalam artikelnya bertajuk "Cardiovascular Health in Microgravity".

Paparan mikrogravitasi berkepanjangan juga dapat memicu penurunan massa otot jantung dan perubahan fungsi pembuluh darah. Namun, besarnya perubahan bervariasi dan tidak selalu menunjukkan kerusakan permanen.

Tantangan muncul ketika astronot kembali menghadapi gravitasi. Kondisi yang disebut orthostatic intolerance atau intoleransi ortostatik membuat mereka kesulitan mempertahankan tekanan darah ketika berdiri. Gejalanya meliputi pusing, lemas, dan pingsan.

Di Bumi, ketika seseorang berdiri, darah cenderung terkumpul di bagian bawah tubuh. Sensor tekanan di pembuluh darah mendeteksi perubahan tekanan dan mengaktifkan barorefleks, mekanisme yang membantu mengatur denyut jantung serta penyempitan pembuluh darah. Respons ini menjaga tekanan darah dan aliran darah ke otak.

Setelah lama berada dalam mikrogravitasi, volume plasma berkurang dan kemampuan tubuh mengatur tekanan darah saat berdiri dapat menurun. Akibatnya, tekanan darah sebagian astronot tidak segera terjaga ketika mereka kembali berdiri. Kondisi ini dapat menyebabkan pusing hingga kehilangan kesadaran.

Sebuah tinjauan yang membahas dampak penerbangan antariksa jangka panjang terhadap sistem kardiovaskular melaporkan bahwa intoleransi ortostatik masih menjadi masalah setelah pendaratan. Sejumlah penelitian terdahulu menemukan gejala tersebut pada hingga 83 persen astronot setelah misi panjang. Angka ini bukan perkiraan yang berlaku untuk semua astronot karena hasilnya bergantung pada metode pengujian dan karakteristik peserta.

"Sistem kardiovaskular beradaptasi dan berfungsi dengan baik di ruang angkasa," tulis Jay C. Buckey Jr. dalam buku Space Physiology (2006:140). Ia menulis bahwa perubahan kardiovaskular yang paling mengkhawatirkan selama penerbangan antariksa adalah menurunnya toleransi ortostatik, yakni kemampuan tubuh mempertahankan tekanan darah ketika berpindah ke posisi tegak. Kondisi ini dapat menyebabkan pusing hingga pingsan setelah astronot kembali menghadapi gravitasi.

Pembahasan lebih khusus mengenai jantung disampaikan Richard L. Hughson, Alexander Helm, dan Marco Durante dalam artikel "Heart in Space" (2018). Mereka mengulas dampak lingkungan antariksa terhadap sistem kardiovaskular, mulai dari perubahan distribusi cairan dan fungsi jantung hingga risiko yang muncul setelah penerbangan.

Latihan Fisik Membantu Menjaga Jantung Astronot

"Temuan kami memberi alasan untuk meyakini bahwa manusia dapat melakukan perjalanan ke Mars, tiba di sana, dan benar-benar bekerja di permukaannya," kata James D. Thomas, salah satu penulis senior dalam riset yang terbit pada 15 September 2026 di jurnal Circulation.

Penelitian mengamati 13 astronot, terdiri dari sembilan laki-laki dan empat perempuan. Durasi misi mereka di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) memiliki median 164 hari, atau sekitar lima setengah bulan.

Para peneliti mengukur fungsi jantung sebelum, selama, dan setelah penerbangan. Pada dua minggu pertama di orbit, volume darah yang mengisi bilik kiri jantung sebelum berkontraksi dan volume darah yang dipompa dalam setiap denyut menurun. Selama penerbangan berikutnya, kedua ukuran tersebut meningkat kembali mendekati nilai sebelum misi. Perubahan awal ini menunjukkan bahwa respons jantung terhadap mikrogravitasi tidak menetap pada tingkat yang sama sepanjang penerbangan.

Peneliti kemudian menguji respons jantung terhadap simulasi gravitasi Mars. Mereka memiringkan tubuh astronot 22 derajat setelah kembali ke Bumi. Posisi ini dirancang untuk meniru beban gravitasi Mars, yang sekitar 38 persen gravitasi Bumi. Dalam simulasi itu, tidak ada ukuran volume atau parameter hemodinamik yang menunjukkan beban lebih besar daripada saat astronot berdiri tegak di Bumi sebelum penerbangan. Temuan ini memberi petunjuk bahwa jantung mereka mampu beradaptasi dengan perubahan gravitasi setelah misi panjang.

Salah satu faktor yang mungkin membantu mempertahankan fungsi jantung ialah rutinitas olahraga. Astronot di ISS menjalani program latihan yang mencakup latihan aerobik dan latihan beban. NASA menyebut mereka rata-rata berolahraga sekitar dua jam setiap hari untuk menjaga kebugaran serta mengurangi kehilangan massa otot dan tulang.

Peralatan latihan mereka mencakup treadmill T2 yang dilengkapi tali pengikat agar astronot tetap menempel pada permukaannya saat berlari. Mereka juga menggunakan sepeda statis CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System) untuk latihan aerobik. Sementara itu, ARED (Advanced Resistive Exercise Device) digunakan untuk latihan kekuatan, seperti jongkok dan angkat beban. Sistem piston dan roda gila pada alat ini menghasilkan beban yang menyerupai latihan angkat beban di Bumi.

Penelitian lain yang terbit di Journal of the American College of Cardiology (2023) turut memberi petunjuk tentang peran latihan. Shigeki Shibata dan koleganya meneliti 13 astronot yang menjalani misi sekitar lima bulan. Mereka mengukur massa dan volume kedua bilik jantung melalui pemindaian MRI sebelum dan setelah penerbangan. Hasilnya, massa dan volume jantung tidak menunjukkan perubahan bermakna setelah misi, meskipun total kerja jantung menurun selama penerbangan.

Para peneliti menyimpulkan bahwa program latihan yang digunakan di ISS tampaknya membantu mengimbangi penurunan massa dan volume jantung. Namun, karena penelitian ini tidak membandingkan astronot yang berolahraga dengan kelompok tanpa latihan, hasilnya belum membuktikan hubungan sebab-akibat.

Mengapa Perjalanan ke Mars Tetap Menjadi Ujian Berat?

Dengan rancangan misi yang saat ini dikaji, perjalanan dari Bumi ke Mars diperkirakan memakan waktu enam hingga sembilan bulan sekali jalan. Setelah tiba, astronot mungkin harus tinggal di Mars selama berbulan-bulan untuk menunggu jendela peluncuran yang sesuai bagi perjalanan pulang. Seluruh misi dapat berlangsung sekitar dua hingga tiga tahun.

Studi dalam jurnal Circulation hanya mengamati 13 astronot yang menjalani misi dengan durasi median sekitar lima setengah bulan. Karena itu, hasil penelitian belum menjelaskan bagaimana jantung beradaptasi selama penerbangan yang jauh lebih panjang. Namun, keterbatasan data tersebut tidak berarti jantung pasti mengalami kerusakan jika berada lebih lama di ruang angkasa.

Di luar perlindungan medan magnet Bumi, astronot menghadapi radiasi partikel Matahari dan sinar kosmik galaksi. Radiasi antariksa menjadi perhatian karena berpotensi merusak sel dan jaringan tubuh, termasuk sistem kardiovaskular. Tinjauan sistematis yang terbit di Cardiology pada 2023 merangkum berbagai perubahan kardiovaskular yang ditemukan dalam penelitian penerbangan antariksa dan simulasi di Bumi. Namun, dampak paparan radiasi selama misi panjang ke Mars masih perlu dikaji lebih lanjut.

Dalam artikel "Red Risks for a Journey to the Red Planet" (2020), Zarana S. Patel dan koleganya mengidentifikasi empat kelompok risiko kesehatan berprioritas tinggi dalam misi ke Mars. Kelompok tersebut mencakup dampak radiasi terhadap risiko kanker, penyakit kardiovaskular dan fungsi kognitif; gangguan penglihatan yang berkaitan dengan penerbangan antariksa; penurunan kesehatan perilaku dan kinerja; serta kekurangan pangan dan nutrisi.

Artikel itu juga menguraikan lima bahaya utama penerbangan antariksa, yaitu radiasi, perubahan gravitasi, isolasi dan ruang terbatas, lingkungan pesawat yang tertutup, serta jarak dari Bumi. Mereka menyebut keseluruhan paparan dan interaksi tersebut sebagai space exposome, yakni gabungan faktor lingkungan penerbangan antariksa yang membentuk dampak terhadap tubuh manusia.

Menjaga kebugaran juga menjadi tantangan tersendiri. ISS memiliki treadmill, sepeda statis, dan alat latihan kekuatan, tetapi pesawat menuju Mars memiliki ruang lebih terbatas. Peralatan latihan untuk misi tersebut harus dirancang agar hemat ruang, mudah dirawat, dan tetap mampu menjaga kebugaran astronot. Jika program latihan harus disesuaikan, peneliti perlu memastikan bahwa perubahan itu tetap membantu mempertahankan kekuatan otot, kesehatan tulang, dan kebugaran kardiovaskular.

Jarak dari Bumi juga membatasi pertolongan medis. Menurut dokumen panduan NASA, waktu tempuh sinyal antara Mars dan Bumi dapat mencapai sekitar 22 menit sekali jalan, bergantung pada posisi kedua planet. Astronot tidak dapat berkonsultasi dengan dokter secara langsung seperti kru di ISS. Mereka harus menangani keadaan darurat dengan peralatan yang tersedia dan mengikuti panduan dari Bumi, sementara evakuasi tidak bisa dilakukan dengan cepat.

Hasil studi terbaru memberi gambaran yang menjanjikan tentang kemampuan jantung beradaptasi selama penerbangan antariksa. Namun, keselamatan misi ke Mars juga bergantung pada kemampuan astronot menghadapi aktivitas fisik, paparan radiasi, dan berbagai risiko kesehatan selama perjalanan serta setelah mendarat.