Menjaga kekuatan dan kesehatan astronaut dalam kondisi mikrogravitasi bukanlah hal yang mudah. Mereka yang bertugas selama enam bulan di Stasiun Luar Angkasa Internasional harus berolahraga dua jam per hari untuk mencegah atrofi otot. Oleh karena itu, menetapkan tingkat mikrogravitasi saat atrofi mulai terjadi akan sangat membantu untuk membangun kehadiran berkelanjutan di Bulan dan Mars.
Itulah yang coba dilakukan sebuah studi yang diterbitkan hari ini di Science Advances. Peneliti mengekspos tikus di ISS pada berbagai tingkat gravitasi buatan, lalu memeriksa respons otot mereka. Mereka menemukan bahwa 0,67 g (67% gravitasi Bumi) adalah ambang batas kunci—tingkat gravitasi di bawah ini menyebabkan otot mereka memburuk.
Meski tikus bukan manusia, ini tetaplah “studi yang menarik karena kita dapat melakukan eksperimen pada hewan pengerat yang lebih sulit atau mustahil dilakukan pada manusia,” ujar Lori Ploutz-Snyder, dekan sekolah kinesiologi Universitas Michigan dan mantan ilmuwan utama Proyek Fisiologi Olahraga dan Kontraukur NASA, kepada Gizmodo melalui email. Ia tidak terlibat dalam studi ini.
Otot Membutuhkan Gravitasi untuk Tetap Kuat
Model tikus saat ini merupakan salah satu cara terbaik untuk mempelajari dampak mikrogravitasi jangka panjang pada otot, jelas Mark Shelhamer, profesor otolaringologi-bedah kepala dan leher di Universitas Johns Hopkins dan mantan kepala ilmuwan Program Penelitian Manusia NASA, kepada Gizmodo. Model ini memberikan cara praktis dan terkendali untuk mempelajari efek fisiologis mikrogravitasi seiring waktu.
Ke-24 tikus dalam studi ini diluncurkan ke ISS pada Maret 2023. Kru di stasiun tersebut menggunakan sistem sentrifugal MARS milik Badan Eksplorasi Antariksa Jepang (JAXA) untuk mengekspos tikus-tikus pada kondisi 0,33 g, 0,67 g, dan 1 g hingga 28 hari. Pada April 2023, 23 tikus kembali ke Bumi dalam keadaan hidup, dan peneliti membedah mereka untuk mencari perubahan kekuatan genggaman dan tanda-tanda atrofi.
Hasilnya mengungkap bahwa bahkan tingkat gravitasi rendah 0,33 g cukup untuk menghentikan kerusakan otot secara menyeluruh, meskipun komposisi serat otot tikus berubah. Pada 0,67 g, tikus tidak menunjukkan kerusakan otot, kehilangan kekuatan, ataupun perubahan serat.
Walau hasil ini mungkin tidak secara langsung berlaku bagi manusia, setidaknya ini merupakan tanda peringatan bahwa tingkat gravitasi di Bulan dan Mars kemungkinan tidak cukup untuk mencegah atrofi pada astronaut dalam periode waktu yang panjang, karena jauh di bawah ambang batas 0,67 g. Secara spesifik, gravitasi di Bulan sekitar 0,17 g dan di Mars 0,38 g.
Mendefinisikan Kebutuhan Gravitasi Manusia
Yang menarik, penelitian Ploutz-Snyder—yang mengekspos manusia pada periode mikrogravitasi singkat menggunakan penerbangan parabola—mengidentifikasi ambang batas serupa yakni 0,5 g hingga 0,75 g. Penelitian lebih lanjut akan membantu menentukan apakah ini hanya kebetulan atau indikasi bahwa ambang 0,67 g bermakna bagi manusia. Namun, ia meyakini bahwa ini adalah titik awal yang solid untuk studi mendatang.
“Kita harus mulai dari suatu titik, dan ini adalah perkembangan yang mengasyikkan,” katanya.
Shelhamer sependapat. “Sebelum melihat studi ini, saya mungkin [akan] berkata kita tidak tahu apa-apa tentang seberapa banyak paparan gravitasi yang diperlukan untuk menghentikan atau memperlambat penurunan kondisiyang terjadi saat mengirim manusia ke luar angkasa,” ujarnya. “Jadi studi ini jelas membantu mendefinisikannya.”
Kedua ahli menyatakan bahwa pemahaman atas ambang batas ini akan membantu ilmuwan memahami apakah tingkat gravitasi di Bulan dan Mars cukup untuk mempertahankan kesehatan astronaut. Hal ini kritis, mengingat NASA pada akhirnya berharap dapat mendirikan pangkalan bulan melalui program Artemis dan mengirim manusia ke Planet Merah.
“Kita tidak tahu apakah berada di Bulan dengan gravitasi seperenam [Bumi] atau di Mars dengan tiga per delapan [gravitasi Bumi], cukup untuk menghentikan penurunan kondisi tulang, otot—dan segala hal lainnya,” jelas Shelhamer. “Dan kami sangat berharap itu cukup. Jika tidak, Anda harus membawa peralatan olahraga saat merencanakan misi yang lebih lama.”
Selain itu, pemahaman atas ambang batas ini akan membantu ilmuwan menentukan tingkat gravitasi buatan apa yang paling bermanfaat dan efisien untuk penerbangan antariksa jangka panjang, serta apakah NASA dapat mengurangi tindakan kontraukur olahraga untuk astronaut yang terpapar mikrogravitasi pada tingkat tertentu—entah alami atau buatan, jelas Ploutz-Snyder.
Ia berharap studi di masa depan tidak hanya membantu memvalidasi dan memperbaiki ambang batas 0,67 g pada manusia, tetapi juga menyelidiki bagaimana ambang ini berbeda untuk kerusakan tulang, bagaimana olahraga menggeser ambang tersebut, dan merumuskan implikasi praktis dari informasi ini. Karya semacam itu dapat membawa kita lebih dekat daripada sebelumnya kepada kehadiran manusia yang berkelanjutan di Bulan, Mars, dan seterusnya.