Tirah baring dengan kepala lebih rendah (Head-Down Tilt Bed Rest; HDTBR) adalah model analog di darat untuk mempelajari patofisiologi Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome (SANS).
SANS adalah sindrom yang disebabkan oleh pergeseran cairan ke arah kepala selama penerbangan luar angkasa. Temuan utama meliputi edema papilsaraf optik, perataan bola mata, pergeseran ke arah rabun jauh, dan kongesti koroid, dan sekitar 70% astronaut menunjukkan beberapa temuan. Sebelumnya disebut sindrom Visual Impairment and Intracranial Pressure (VIIP) 1).
Sejak tahun 1990, HDTBR telah menjadi analog di darat yang mapan secara internasional berupa tirah baring dengan kemiringan kepala ke bawah 6 derajat. Karena penerbangan parabola memiliki waktu paparan yang singkat dan tidak cukup untuk menginduksi gejala mirip SANS, HDTBR yang dapat mereproduksi pergeseran cairan yang berkelanjutan menjadi penting 1).
Dalam studi HDTBR awal selama 70 hari, temuan SANS tidak terinduksi. Diduga penyebabnya adalah penurunan tekanan intrakranial (ICP) akibat penggunaan bantal atau penyangga lengan bawah. Setelah itu, dengan penerapan protokol ketat yang melarang bantal dan penyangga lengan, induksi lipatan koroid dan edema papilsaraf optik berhasil dilakukan 1).
Pada misi jangka pendek (kurang dari 6 bulan), 29% astronot melaporkan penurunan ketajaman penglihatan akibat rabun jauh, dan pada misi jangka panjang (6 bulan atau lebih) sebanyak 60% 1).
QMengapa HDTBR diatur pada sudut 6 derajat?
A
Sejak tahun 1990, posisi kepala lebih rendah 6 derajat telah ditetapkan sebagai standar internasional untuk analog gravitasi mikro. Sudut ini secara terus-menerus memicu pergeseran cairan ke arah kepala yang mirip dengan penerbangan luar angkasa.
Sakit kepala: Pada tahap awal penelitian, muncul sakit kepala berdenyut, menekan, dan bilateral. Hal ini diduga disebabkan oleh pergeseran cairan ke arah kepala.
Dampak ringan pada fungsi visual: Kondisi eksperimental tidak mempengaruhi fungsi visual partisipan secara signifikan. Tidak ada subjek yang mengalami kelainan visual serius.
Sedikit miopisasi: Miopia sementara dapat terjadi akibat aktivitas melihat dekat yang berkepanjangan.
Perubahan kognitif (pada penderita SANS): Dalam studi HDTBR dengan intervensi karbon dioksida tinggi, penderita SANS menunjukkan peningkatan ketergantungan pada isyarat visual dalam tes kognitif1).
QApakah ketajaman penglihatan dapat menurun pada HDTBR?
A
Tes ketajaman penglihatan dan refraksi tetap dalam batas normal. Tidak ada perubahan signifikan yang diamati pada tes Amsler, tes titik merah, tes lapang pandang konfrontasi, dan tes penglihatan warna. Tidak ada laporan subjek yang mengalami kelainan visual serius.
Berikut adalah temuan utama perubahan mata yang diamati pada HDTBR.
Penebalan RNFL: Rata-rata ketebalan retina peripapiler superior meningkat +4,69 μm setelah 14 hari HDTBR, dan +11,50 μm setelah 70 hari HDTBR1).
Edema diskus optikus: Edema diskus derajat Frisén 1–2 diamati pada 45% subjek setelah 30 hari HDTBR ketat1). Subjek HDTBR 30 hari cenderung menunjukkan edema diskus optikus yang lebih parah daripada astronot.
Peningkatan TRT peripapiler: Subjek HDTBR ketat menunjukkan peningkatan TRT peripapiler yang lebih besar daripada astronot (rata-rata selisih 37 μm)1).
Lipatan koroid: Dapat terjadi meskipun tidak ada peningkatan ketebalan koroid.
Perubahan ketebalan koroid: Peningkatan signifikan secara statistik diamati pada studi jangka pendek 3 hari. Peningkatan ketebalan koroid subfoveal telah dikonfirmasi setelah 60 menit HDT1). Di sisi lain, astronot menunjukkan peningkatan ketebalan koroid yang lebih besar daripada subjek HDTBR (rata-rata selisih 27 μm)1).
Pelebaran selubung saraf optik: Dikonfirmasi dengan USG orbita pada HDT 60 menit, mirip dengan temuan 1 bulan setelah penerbangan luar angkasa1).
Peningkatan tekanan intraokular: Meningkat +1,42 mmHg dalam 14 hari dan +1,79 mmHg dalam 70 hari, namun masih dalam batas normal.
Temuan yang tidak diamati pada HDTBR meliputi: perataan bola mata, hiperopia, dan bercak kapas1). Ketajaman penglihatan, refraksi, panjang aksial, kedalaman bilik anterior, dan kurvatura kornea juga tidak menunjukkan perubahan signifikan.
Tabel berikut menunjukkan perbandingan temuan utama antara HDTBR dan SANS (penerbangan luar angkasa).
Mekanisme dasar HDTBR adalah pergeseran cairan ke arah kepala akibat perubahan arah vektor gravitasi pada tubuh, yang memicu perubahan distribusi cairan serupa dengan yang terjadi pada gravitasi mikro.
Faktor yang berkontribusi meliputi perbedaan tekanan melalui lamina kribrosa, kongesti koroid, pergeseran volume otak, orientasi berkas serat kolagen, dan distribusi cairan hidrostatik.
Faktor risiko utama adalah sebagai berikut.
Durasi HDTBR: Merupakan faktor risiko terbesar. Durasi 70 hari menunjukkan peningkatan ketebalan retina peripapiler yang signifikan sekitar 2,5 kali lipat dibandingkan dengan 14 hari.
Miopia: Individu dengan miopia sedang menunjukkan tekanan puncak intraokular yang lebih tinggi (19,8 mmHg vs 18,6–18,7 mmHg) dan peningkatan tekanan intraokular yang lebih besar secara signifikan dibandingkan dengan individu emetrop atau miopia ringan1).
Predisposisi genetik: Pembawa alel MTRR 66G dan SHMT1 1420 C dilaporkan memiliki derajat edema diskus optikus yang lebih besar1). Ini adalah polimorfisme gen yang terlibat dalam metabolisme vitamin B.
Karakteristik anatomi diskus optikus: Diskus optikus yang padat dengan cekungan diskus optikus yang kecil mungkin merupakan faktor risiko.
Riwayat paparan HDTBR sebelumnya: Peningkatan TRT lebih dari dua kali lipat dibandingkan sebelumnya dilaporkan pada subjek yang berpartisipasi beberapa kali, dan paparan berulang dapat meningkatkan risiko.
QApakah risiko episode berikutnya meningkat setelah mengalami HDTBR sekali?
A
Peningkatan TRT dua kali lipat atau lebih dibandingkan sebelumnya telah dilaporkan pada subjek yang berpartisipasi dalam beberapa percobaan HDTBR. Paparan berulang diduga dapat meningkatkan risiko, dan hal ini perlu dipertimbangkan dalam pemilihan peserta penelitian.
Berikut adalah metode pemeriksaan utama yang digunakan untuk mengevaluasi dan memantau perubahan okular yang diamati pada HDTBR.
OCT (Optical Coherence Tomography): Dapat mengevaluasi secara kuantitatif penebalan RNFL, edema diskus optikus, dan perubahan ketebalan koroid. Perubahan pada membran Bruch juga dapat diamati. Heidelberg Spectralis (OCT2) memberikan resolusi digital yang lebih tinggi.
OCTA (OCT Angiography): Metode angiografi tiga dimensi non-invasif yang diperkenalkan di ISS sejak Desember 2018. Dapat mengevaluasi perubahan vaskular retina dan koroid1).
MRI: Dapat mengukur pelebaran selubung saraf optik, tortuositas saraf optik, dan perubahan kedalaman vitreus. Dengan MRI kontras fase, aliran darah, luas penampang, dan kecepatan aliran darah di vena jugularis interna, arteri vertebralis, dan arteri karotis interna dapat diukur.
Ultrasonografi Orbita: Metode sederhana untuk mendeteksi pelebaran diameter selubung saraf optik1).
Pengukuran TIK Non-invasif (Tahap Penelitian): Pungsi lumbal untuk mengukur TIK secara langsung bersifat invasif dan tidak mungkin dilakukan selama penerbangan. Perubahan fase emisi otoakustik distorsi (DPOAE) sedang diteliti sebagai alat pemantau TIK non-invasif potensial1). Potensi miogenik vestibular okular (oVEMP) juga sedang dipertimbangkan sebagai alat pemantau TIK non-invasif karena terkait dengan sudut head-down1).
Tes Genetik dan Darah: Pengukuran kadar vitamin B dan SNP (MTRR 66G, SHMT1 1420C) digunakan dalam penilaian faktor risiko.
Pemeriksaan dasar mata (ketajaman penglihatan, refraksi siklopegik, fundus, grafik Amsler, penglihatan warna, dll.) semuanya tetap dalam batas normal.
HDTBR adalah model eksperimental, bukan “pengobatan” dalam arti biasa. Berikut ini adalah hasil penelitian tentang tindakan pencegahan (countermeasures) untuk SANS.
LBNP
Tekanan Negatif Tubuh Bagian Bawah (LBNP): Perangkat non-invasif yang memberikan tekanan negatif pada tubuh bagian bawah untuk menarik cairan kembali ke perifer.
Bukti: LBNP -20 mmHg menekan peningkatan diameter selubung saraf optik, dan mengurangi dilatasi koroid sebesar 40% selama HDTBR 3 hari1). Juga menunjukkan penekanan peningkatan volume CSF selama HDTBR 5 jam1).
Evaluasi: Saat ini dianggap sebagai tindakan pencegahan yang paling menjanjikan.
Manset paha
Paha Femoral Vena Konstriksi (VTC): Dilaporkan penurunan preload jantung dan dilatasi sistem vena jugularis pada awak ISS. Mengurangi volume sekuncup, luas penampang vena jugularis interna, dan tekanan intraokular.
Keterbatasan: Tidak ada efek langsung pada distribusi CSF atau ICP. HDT 15 derajat + manset femoral 60 mmHg selama 10 menit tidak menunjukkan perbedaan signifikan pada ketebalan koroid peripapiler atau diameter selubung saraf optik1).
Gravitasi Buatan
Gravitasi buatan dengan sentrifugasi: Paparan sentrifugasi 30 menit setiap hari.
Keterbatasan: Paparan 30 menit tidak cukup untuk menekan lipatan koroid atau edema diskus optikus. Diduga penyebabnya meliputi durasi paparan terbatas, kurangnya gaya-G pada level mata, dan keterlibatan mekanisme dasar yang berbeda 1).
Dalam studi yang menerapkan protokol iRAT NASA (Integrated Resistance and Aerobic Training) selama 70 hari HDTBR non-hiperkapnia, tidak ditemukan perbedaan signifikan antara kelompok olahraga dan kelompok kontrol dalam hal perubahan ketebalan retina dan edema diskus optikus 1). Namun, ditemukan bahwa tekanan intraokular sedikit lebih tinggi (kurang dari 1 mmHg) pada kelompok olahraga. Olahraga aerobik sedang durasi pendek, latihan resistensi, dan latihan interval intensitas tinggi telah terbukti terkait dengan penurunan tekanan intraokular1).
QMengapa tekanan negatif tubuh bagian bawah (LBNP) dianggap sebagai tindakan pencegahan yang menjanjikan?
A
LBNP -20 mmHg dilaporkan menekan peningkatan diameter selubung saraf optik, mengurangi dilatasi koroid sebesar 40% pada HDTBR 3 hari, dan mencegah peningkatan volume CSF 1). Mekanisme menarik cairan ke perifer untuk secara langsung menekan pergeseran cairan ke arah kepala dianggap lebih unggul dibandingkan tindakan pencegahan lainnya.
Saat ini, terdapat tiga hipotesis utama yang diajukan mengenai fisiopatologi SANS 1).
Hipotesis Peningkatan ICP
Mekanisme: Pergeseran cairan ke kepala → kongesti vena → peningkatan TIK → gejala mata.
Keterbatasan: Pungsi lumbal pasca-penerbangan hanya menunjukkan batas atas normal hingga peningkatan ringan (21–28,5 cm H₂O). Tidak ada gejala khas IIH (sakit kepala, tinnitus berdenyut). Edema papil bertahan 6 bulan pasca-penerbangan, sedangkan pada IIH membaik cepat dengan penurunan tekanan. Sulit dijelaskan hanya dengan peningkatan TIK.
Hipotesis Kompartementasi CSF
Mekanisme: Dalam gravitasi mikro, tekanan CSF di dalam selubung saraf optik meningkat secara lokal melalui mekanisme katup satu arah. Keseimbangan tekanan dengan ruang subarachnoid kranial menjadi tidak sempurna.
Signifikansi: Dapat menjelaskan mengapa edema papil bertahan meskipun TIK normal hingga sedikit meningkat.
Hipotesis Pergeseran Otak ke Atas
Mekanisme: Dalam gravitasi mikro, otak sedikit berputar dan bergerak ke atas, menarik kiasma optikum ke atas dan menyebabkan tekanan pada selubung saraf optik.
Bukti: MRI mengonfirmasi peningkatan panjang saraf optik setelah penerbangan (0,80 ± 0,74 mm)1).
Ada beberapa perbedaan penting antara HDTBR dan penerbangan luar angkasa.
Tingkat dilatasi koroid: Pada HDTBR, dilatasi koroid tidak terjadi sebanyak pada penerbangan luar angkasa, karena gravitasi sumbu vertikal (Gz) masih ada dan menyebabkan berat jaringan.
Mekanisme terbentuknya lipatan koroid: Pada HDTBR, lipatan koroid terjadi tanpa peningkatan ketebalan koroid, menunjukkan bahwa penebalan koroid mungkin bukan kondisi yang diperlukan untuk lipatan.
Perubahan tekanan intraokular: Pada HDTBR, tidak terjadi penurunan tekanan intraokular, sehingga mekanisme pembentukan lipatan koroidoretina akibat kombinasi penurunan tekanan intraokular dan peningkatan tekanan intrakranial tidak dapat diterapkan.
Perbandingan dengan IIH: Pada pasien IIH dengan papiledema, lipatan koroid terdeteksi dengan SD-OCT hanya pada 10% kasus, menunjukkan bahwa peningkatan TIK saja tidak dapat menginduksi lipatan koroid pada semua pasien.
Tingkat peningkatan ICP: Subjek HDTBR mungkin mengalami ICP yang sedikit lebih tinggi daripada astronot, yang dapat berkontribusi pada perbedaan tingkat keparahan edema papil.
Menurut tinjauan Ong dkk. (2021), perfusi otak menurun pada semua subjek selama HDTBR. Namun, subjek dengan gejala SANS mempertahankan perfusi yang lebih tinggi dibandingkan yang tanpa gejala1).
Tidak ditemukan perubahan signifikan pada reaktivitas pembuluh darah otak dan respons ventilasi terhadap hiperkapnia bahkan dalam lingkungan hiperkapnia (sekitar 4 mmHg PCO₂) 1).
Pengenalan OCTA di ISS (Desember 2018): Dengan membandingkan data pembuluh darah retina selama penerbangan luar angkasa dengan hasil HDTBR, diharapkan pemahaman tentang efek pergeseran cairan pada sirkulasi retina dan koroid akan semakin dalam1).
Pengembangan metode pengukuran ICP non-invasif: Perubahan fase emisi akustik telinga (OAE) sedang diteliti sebagai kandidat untuk pemantauan ICP di ISS, dan pengujian pada HDTBR sedang berlangsung1). oVEMP juga dipandang sebagai alat pemantau ICP non-invasif yang menjanjikan karena terkait dengan sudut head-down tilt1).
Menghadapi era pariwisata luar angkasa swasta: Dengan munculnya perusahaan luar angkasa swasta seperti SpaceX dan Blue Origin, HDTBR jangka pendek berpotensi diterapkan untuk skrining sensitivitas pergeseran cairan ke arah kepala pada masyarakat umum1).
Skrining genetik: Polimorfisme MTRR dan SHMT1 telah diidentifikasi sebagai faktor risiko, dan penelitian sedang berlangsung apakah HDTBR dapat digunakan untuk skrining genetik calon astronot1).
Tindakan pencegahan yang belum teruji: Banyak tindakan pencegahan seperti terapi diet, suplemen vitamin, obat topikal, dan obat oral masih belum teruji1).
Tantangan untuk misi berawak ke Mars: Untuk misi Mars yang berlangsung 1–3 tahun, pemahaman patofisiologi SANS, identifikasi faktor risiko, dan pengembangan tindakan pencegahan sangat mendesak1).
HDTBR sebagai analog darat memiliki keterbatasan berikut1). Termasuk ukuran sampel kecil, kesulitan merekrut subjek, perbedaan kebugaran fisik dengan astronot, protokol yang tidak terstandarisasi, dan adanya kondisi yang tidak sesuai dengan penerbangan luar angkasa seperti kontak punggung.
Ong J, Lee AG, Moss HE. Head-Down Tilt Bed Rest Studies as a Terrestrial Analog for Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome. Front Neurol. 2021;12:648958.
Taibbi G, Cromwell RL, Zanello SB, Yarbough PO, Ploutz-Snyder RJ, Godley BF, et al. Ocular Outcomes Comparison Between 14- and 70-Day Head-Down-Tilt Bed Rest. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2016;57(2):495-501. PMID: 26868753.
He Y, Karanjia R, Zhang X, Wanderer D, Walker E, Lee SH, et al. Optic Nerve Vasculature and Countermeasure Assessment in a Bedrest Analogue of Spaceflight-Associated Neuro-Ocular Syndrome. Am J Ophthalmol. 2025;278:317-327. PMID: 40545016.
Salin teks artikel dan tempelkan ke asisten AI pilihan Anda.
Artikel disalin ke papan klip
Buka asisten AI di bawah, lalu tempelkan teks yang disalin ke kotak chat.
