Sirkulasi dan Metabolisme Otak

ANATOMI SIRKULASI OTAK

Sirkulasi otak dapat dibagi menjadi sirkulasi anterior (carotid) dan posterior

(vertebrobasiler), yang bertemu di dasar otak melalui sistem anastomose yang

membentuk sirkulus Willisi.

Terjadi perdarahan pada stroke hemoragik bila pada orang tua dengan hipertensi kronik

pada arteri serebalnya terutama arteri lentikulostriata sering terjadi degenerasi-

degenerasi pada lapisan otot dan unsur elastik dari dinding arteri sehingga dindingnya

menipis dan kaku, hal ini dapat berkembang menjadi aneurisma yang kecil kecil dan

multiple, pada orang muda dapat ditemukan aneurisma kongenital yang biasanya

mengenai bagian depan sirkulus willisi (90%), pangkal arteri serebri anterior, pangkal

arteri komunikans anterior, dan tempat percabangan arteri serebri media. bila terjadi

lonjakan tekanan darah seperti hipertensi, marah, dan stress maka menyebabkan pecahnya

pembuluh darah sehingga perdarahan dan berakhir pada iskemia serebri. Adanya faktor-

faktor seperti dislipidemia mempercepat terjadinya degenerasi dinding pembuluh darah,

alkoholisme, penggunaan obat-obat antikoagulan yang lama, trombositopenia,

hemophilia , semuanya dapat mempertinggi risiko terjadinya stroke hemoragik.

Sirkulasi Anterior

Arteri carotis dextra berasal dari arteri inominata, sedangkan arteri carotis

sinistra berasal langsung dari arcus aorta. Pada ketinggian sekitar vertebrae

cervical keempat, arteri carotis communis terbagi menjadi arteri carotis eksterna,

yang mensuplai wajah dan scalp, dan arteri carotis interna, yang mensuplai

sirkulasi intracranial.

Arteri carotis interna (ICA) terbagi menjadi segmen cervical (C1), petrosus

(C2), intracavernosus (C3) dan supraklinoid (C4). Trunkus meningeohipofiseal

berasal dari carotis intrakavernosa dan memberikan percabangan yang mensuplai

kelenjar pituitari dan basal meningeal. Setelah keluar dari sinus kavernosus, ICA

menembus lapisan dura untuk membentuk segmen supraklinoid, yang akan

memanjang hingga bifurcartio carotis. Cabang intradura yang pertama adalah

arteri ophtalmica, yang mensuplai aliran darah ke orbita dan merupakan sumber

potensial dari sirkulasi kolateral.

Cabang carotis berikutnya, arteri comunicans posterior (PCoA),

menghubungkan sirkulasi anterior dan posterior. Biasanya terdapat tujuh cabang

dari bagian medial arteri ini, yang akan mensuplai batang otak sebelah lateral dan

bagian inferior basal ganglia.

Arteri choroidal anterior (AChoA) bermula pada 2-4 mm distal dari PCoA

dan merupakan cabang besar yang terakhir sebelum bifurcatio. Arteri ini mensuplai

jalur penglihatan (traktus opticus, lateral geniculate body, radiatio opticus),

sebagian basal ganglia, dan jalur kortikospinal. Oklusi dari AChoA dapat

menyebabkan defisit berupa hemiplegi dan hemianopsian atau tidak ada defisit

sama sekali.

Setelah AChoA, ICA akan bercabang untuk membentuk arteri cerebral

anterior (ACA) dan arteri cerebral media (MCA). Bagian dari ACA diantara

percabangan ICA dan arteri comunicans anterior (ACoA) merupakan segmen A1

dari ACA. Segmen ini akan bercabang menuju kapsula interna, thalamus, dan

hipothalamus.

ACoA menghubungkan dua ACA dan menentukan lokasi dimana A1

menjadi arteri cerebral anterior distal (A2). Cabang dari ACoA mensuplai

hipothalamus anterior. Cabang terbesar dari area ACA/ACoA adalah arteri recuren

Heubner, yang mensuplai anterior dari basal ganglia dan kapsula interna.

Arteri cerebral anterior distal (A2) berjalan superior dan posterior dari ACoA,

didalam fissura interhemisfer, dan membagi diri menjadi arteri pericallosal dan

arteri callosomarginal didekat genu dari corpus callosum. A2 dan cabangnya

mensuplai bagian medial dari lobus frontalis dan parietalis.

Segmen pertama dari MCA (M1) berjalan dari percabangan ICA menuju

percabangan MCA dalam fissura Sylvii. Arteri lenticulostriata lateralis dan media

berasal dari segmen M1 ini, yang keluar dari sudut kanan bagian dorsal M1 dan

mensuplai basal ganglia serta terutama bagian superior kapsula interna.

Pada fissura Sylvii, MCA berbagi menjadi 2-4 cabang, yaitu segmen M2.

Pada titik inilah sebagian besar aneurysma MCA terjadi. Segmen M2 keluar dari

fissura Sylvii dan menyebar pada lengkungan hemisfer untuk mensuplai bagian

lateral dari lobus frontal, parietal, occipital, dan temporal.

Sirkulasi Posterior

Arteri vertebralis (VA) merupakan cabang pertama dari arteri subclavia.

Setelah keluar dari sudut kanan arteri subclavia, VA berjalan beberapa cm

sebelum masuk kedalam foramen intervertebralis dari C6. Setelah itu ia akan

berjalan sepanjang foramen dari C6 hingga C1 dan melewati bagian superior dari

arcus C1 dan menembus membran atlantooccipital dan masuk kedalam rongga

kepala. Saat berjalan kearah ventral dan superior, ia memberikan cabang arteri

cerebellar inferior posterior (PICA) sebelum akhirnya bersatu dengan VA dari arah

yang berlawanan pada pertengahan bagian ventral dari pontomedulary junction

untuk membentuk arteri basillaris (BA). BA akan bercabang membentuk dua arteri

cerebral posterior pada pontomesencephalic junction. Hubungan menuju sirkulasi

anterior melalui PCoA akan melengkapi sirkulus Willisi.

PICA merupakan cabang terbesar dari sirkulasi posterior (vertebrobasiller)

dan mensuplai medulla vermis inferior, tonsil, dan bagian inferior hemisfer

cerebellum. PICA juga sangat erat kaitannya dengan saraf kranial ke 9, 10, dan

11.

Arteri cerebellar inferior anterior (AICA) biasanya bermula dari distal dari

vertebrobasilary junction setinggi pontomedullary junction, mensuplai pons,

pedunculus cerebellar media, dan bagian tambahan cerebellum. Selain itu AICA

juga terkait erat dengan saraf kranial ke 7 dan 8.

Arteri cerebellar superior (SCA) berasal dari proksimal percabangan

basilaris, dan mensuplai otak tengah, pons sebelah atas, dan bagian atas

cerebellum. Cabang dari SCA akan membentuk anastomose dengan cabang dari

PICA dan IACA pada hemisfer cerebellum dan merupakan sumber potensial dari

aliran kolateral.

Arteri cerebralis posterior (PCA) dibentuk oleh percabangan BA dan

mensuplai otak tengah bagian atas, thalamus posterior, bagian posteromedial

lobus temporalis, dan lobus occipitalis.

Sirkulus Willisi merupakan sirkulasi kolateral antara pembuluh darah

intrakranial. Terpisah dari kolateral ophtalmicus, terdapat beberapa tempat

anastomose lain antara pembuluh darah ekstra dan intrakranial, mencakup

anastomose melalui arteri sphenopalatina, arteri dari foramen rotundum dan

cabang kecil yang biasanya ada pada tulang petrosus. Arteri utama yang

mensuplai dura adalah arteri meningea media dan cabang ascending arteri

pharyngeal, cabang dari sirkulasi eksternal. Terkadang dapat terbentuk

anastomose antara dura dan permukaan korteks. Sebagai tambahan, hubungan

antara carotis dan vertebrobasillar dapat terjadi.

Sistem Vena

Sistem drainase vena otak dibagi menjadi segmen dalam, yang terdiri dari

vena otak yang menyediakan drainase untuk otak, dan segmen luar yang terdiri

dari sinus vena dural yang menjadi muara dari aliran vena. Aspek unik dari

drainase vena adalah vena serebralis memiliki dinding yang lebih tipis dibanding

dengan vena sistemik, dan tidak memiliki lapisan histologis tunika seperti pada

umumnya. Selain itu juga tidak ada vena yang memiliki katup sebagaimana

struktur vena dimanapun lainnya.

Segmen dalam lebih jauh dibagi lagi menjadi sistem drainase dalam dan

superfisial. Pada kompartemen supratentorial, drainase superfisial struktur korteks

terbagi ke sinus sagitalis superior atau sinus transversus.

Sinus vena dura

Yang termasuk didalam sistem sinus vena dura adalah: sinus sagitalis superior,

sinus sagitalis inferior, sinus straight, sinus transversus, sinus sigmoid, dan sinus

basiler seperti cavernusus, sphenoparietal, dan petrosal.

Vena Emissary, Diploic, dan Meningeal

Pembentukan, Sirkulasi, dan Absorbsi Cairan Serebrospinal

Cairan serebrospinalis adalah ultrafiltrasi dari plasma yang dibentuk didalam

ventrikel dan bersirkulasi didalam otak dan ruangan spinal subarachnoid. Fungsi

dari cairan serebrospinalis termasuk sebagai bantalan dari jaringan otak, yg sama

beratnya pada otak orang dewasa yg telah dihitung hanya 50 gram ketika

dipertahankan dengan cairan.

Ada juga yg barangkali pembatasan cairan nutrisi tertentu dan neurotransmiter.

Rata-rata pembuatan cairan cerebrospinalis sekitar 0,35 cc/min, atau kira-kira 22

cc/ jam. Total volume pada saat tertentu sekitar 150 cc. Dibagi menjadi 23 cc pada

ventrikel, 27 cc di ruangan subarachnoid, dan sisanya didalam cisterna basalis dan

ruang subarachnoid

PERTIMBANGAN KLINIS

Sangat diperlukan komunikasi dan kerjasama yang konstan antara ahli

bedah dan anestesi untuk keberhasilan pengelolaan sebagian besar prosedur

bedah saraf. Perlunya “slack brain”, kontrol tekanan darah yang hati-hati,

oksigenasi dan sebagainya sudah menjadi pengetahuan umum. Dalam

melaksanakan pembedahan pada jaringan pembuluh darah otak, dapat terjadi

perubahan sirkulasi baik secara anatomis maupun fisiologis, secara sengaja

maupun tidak. Sebagai contoh, saat melakukan diseksi aneurysma otak yang tidak

diklem, ahli bedah dapat memilih untuk menurunkan tekanan pada aneurysma

untuk menurunkan kemungkinan terjadinya ruptur aneurysma intraoperatif.

Tekanan dapat diturunkan dengan dua cara, baik dengan menurunkan tekanan

darah sistemik, misalnya dengan hipotensia general, biasanya hingga mean 60

hingga 70 mmHg, tergantung pada tekanan darah pasien preoperatif; atau dengan

menurunkan tekanan darah regional, yang dicapai melalui penggunaan klem

sementara pada pembuluh darah yang mengarah pada aneurysma. Metode

pertama telah digunakan selama bertahun-tahun pada berbagai tipe aneurysma

dan terutama berguna pada sirkulasi posterior, dimana penggunaan klem

sementara lebih sukar dilakukan daripada sirkulasi anterior.

FISIOLOGI ALIRAN DARAH OTAK

Sistem saraf pusat (SSP) diisi oleh jaringan yang kaya pembuluh darah

untuk memenuhi kebutuhan yang berubah-rubah dari metabolisme saraf lokal dan

regional. Aliran darah otak (CBF) dapat dilihat dari 2 sudut pandang: ciri umum,

dan gambaran unik dari SSP.

Ciri Umum Aliran Darah

Sifat alami darah adalah bahwa substansi tertentu (leukosit, eritrosit, dan

trombosit) tersuspensi dalam plasma. Komponen darah cenderung untuk

berkumpul di bagian tengah aliran, dan akan bervariasi sesuai ukuran lumen,

sehingga sifat darah di arteri yang lebih besar tidak dapat disamakan dengan

pembulih darah yang lebih kecil. Lebih jauh lagi, pernyataan tentang tekanan

darah, aliran darah, dan perfusi jaringan harus dipertimbangkan sesuai pulsasi

aliran darah.

Faktor-faktor lain juga mempengaruhi aliran darah, meliputi suhu lokal dan

pH, tekanan oksigen dan karbondioksida, K+, H+, HCO3- pada jaringan dan darah;

hematokrit, cardiac output, tekanan darah, faktor neurogenik, tahanan vaskuler,

dan lainnya termasuk mediator saraf dan kimiawi.

Viskositas

Viskositas ditentukan berbagai faktor termasuk hematokrit, kemampuan

berubah bentuk dan beragregasi, dan viskositas plasma.

AUTOREGULASI DAN METABOLISME

Pada kondisi istirahat, dialirkan sekitar 750cc darah permenit (15-20%

cardiac output). Parameter penting dalam memperhitungkan aliran darah otak

yang dinamakan tekanan perfusi cerebral (CPP), yang idealnya menggambarkan

perbedaan mean tekanan arterial (MAP) dikurangi tekanan intra kranial (ICP).

Diperkirakan bahwa pada CPP antara 50 dan 130 mmHg hanya terdapat sedikit,

bila ada, variasi dalam CBF total. Sirkulasi carotis (anterior) memperoleh mayoritas

aliran darah dalam kecepatan yang lebih tinggi (335 cc/menit melalui setiap

carotis) sedangkan sirkulasi posterior (vertebrobasiler), memperoleh 75 cc/menit.

Lebih jauh lagi, juga terdapat perbedaan antara substansia grisea yang merupakan

jaringan dengan aliran cepat (64 cc/ 100 g/ menit) dengan substansia alba yang

merupakan jaringan dengan aliran pelan (15-20 cc/ 100 g/ menit). Aliran darah

juga terkait dengan aktivitas elektroserebral.

Karena mekanisme otak dalam meregulasi aliran darahnya masih tidak

jelas, maka terdapat beberapa teori yang diajukan.

Teori Miogenik

Teori ini menyatakan bahwa pembuluh darah dapat mengenali aliran dan

menyesuaikan diri terhadapya. Menurut Baliss dalam 1902, apabila tekanan dalam

pembuluh darah meningkat, maka pembuluh darah tersebut akan berkontraksi

untuk meningkatkan tahanannya sehingga mengurangi aliran darah.

Teori Neurogenik

Edvinsson dkk menjelaskan berbagai bahwa terdapat berbagai saraf pada

pembuluh darah piamater, yang menjelaskan mengenai regulasi sentral.

Kerusakan autoregulasi yang masif, sebagaimana yang ditemui pada cedera SSP

seperti pada trauma atau perdarahan subarachnoid, juga menunjukkan

mekanisme sentral. Hal ini lebih jauh didukung oleh data yang menunjukkan

bahwa beberapa neuropeptida juga berperan pada kondisi ini. Faktor lokal ini

menggantikan hal yang sebelumnya dikenal dengan respon miogenik pembuluh

serebral terhadap perubahan CBF.

Teori Metabolik dan Metabolisme Otak

Banyak studi yang menunjukkan peningkatan aliran darah ke area tertentu

dari otak sehubungan dengan peningkatan aktivitas dari area tersebut. Neuron

sangatr tergantung pada oksigen dan glukosa. Jaringan neuronal hanya mampu

menggunakan energi dari metabolisme aerobik dari glukosa.keton akan

dimetabolisme dalam bentuk terbatas pada kondisi kelaparan sedangkan lipid tidak

dapat digunakan. Simpanan glikogen dalam otak normal tidak ada, sehingga

jaringan saraf tergantung pada aliran kontinyu dari pembuluh darah otak.

Metabolisme anaerob menghasilkan peningkatan cepat jumlah laktat yang

menurunkan pH dan meningkatkan ketersediaan ion H+ lokal. Parameter yang

digunakan untuk menentukan aktivitas metabolik dinamakan CMRO2, atau

metabolisme lokal otak dari O2. Diasumsikan bahwa penggunaan O2

merefleksikan metabolisme glukosa lokal dan hal ini dikonfirmasi dengan

penggunaan scanning positron emission tomography (PET). Efek dari variasi

kondisi metabolik yang normal dan yang berubah yang mempengaruhi CMRO2

dan dapat diukur, dapat membantu memecahkan masalah seputar peran dari

mekanisme sentral dan umpan balik neurogenik dalam mengontrol CBF, sehingga

bermanfaat untuk panduan terapi di masa yang akan datang.

Faktor Lokal yang Mempengaruhi Autoregulasi

Kondisi lokal lain tampaknya juga berperan dalam autoregulasi. Faktor ini

meliputi pO2, pCO2, konsentrasi H+ dan pH lokal serta suhu. Efek individual dari

faktor-faktor ini dapat diidentifikasi dengan segera, namun interaksi diantara faktor-

faktor tersebut masih tetap kompleks.

Oksigen

Oksigen tidak akan mempengaruhi CBF hingga pO2 turun sampai dibawah

50 mmHg dimana CBF akan meningkat dengan cepat. Ketika pO2 sebesar 30

mmHg, CBF menjadi dua kali lipatnya. Hal ini kemungkinan bervariasi sesuai

hematokrit. Peningkatan pO2 menginduksi sedikit penurunan CBF, ketika subyek

normal bernafas dengan oksigen 100 % maka CBF berkurang 10 hingga 13%.

Oksigen hiperbarik diberikan pada 2 atm akan menurunkan CBF sebesar 22 %

tanpa merubah konsumsi oksigen otak. Penurunan ini tetap terjadi bahkan bila

terjadi hiperkapnea. Terdapat sejumlah bukti bahwa pasien NS mengalami

perbaikan outcome jika pO2 dipertahankan sedikitnya 80 mmHg.

Karbondioksida

Konsentrasi ion H+ dan pCO2 mempengaruhi CBF. Telah diketahui bahwa

dengan konsentrasi pCO2 antara 20 – 60 mmHg, hubungan antara pCO2 dan CBF

terlihat dengan peningkatan CBF 2 – 3 % setiap peningkatan pCO2 sebesar 1

mmHg. Penyebabnya masih belum jelas dan mungkin terkait dengan perubahan

pH sistemik dan atau tekanan darah sistemik.

Hiperventilasi

Hiperventilasi adalah terapi yang penting pada pasien dengan peningkatan

TIK, terutama dengan sindroma herniasi akut. Prinsip klinis doktrin Monroe-Kelly

dimana dalam rongga intrakranial yang tetap maka volume muatannya juga tetap.

Volume ini, totalnya mencapai 1600 cc, normalnya terdiri dari jaringan otak (84%),

darah (4%) dan cairan sererospinal (12%). Diamati oleh Cushing bahwa bila

ditambahkan suatu komponen (lesi massa dengan sebab apapun, baik hematoma,

tumor ataupun swelling) maka volumenya akan terlampaui sehingga menghasilkan

respon fisiologis (refleks Cushing). Mekanisme kompensasi awal meliputi

penurunan jumlah darah dan cairan serebrospinal. Penurunan jumlah darah

melalui penurunan CBF akan membantu menghambat hipertensi intrakranial.

Hiperventilasi, dengan pCO2 yang menurun, akan bermanfaat. Sayangnya, saat

SSP cepat menyesuaikan diri terhada perubahan ini, sukar untuk mengetahui

berapa lama reaksi ini bertahan. Bahkan tampaknya pembuluh darah serebral juga

menyesuaikan diri dalam 24 -36 jam. Hiperventilasi yang berkepanjangan memiliki

efek yang buruk dengan menyebabkan iskemia. Peneliti yang lain memperoleh

data dari manipulasi pCO2 secara langsung terhadap perubahan MAP dimana

CBF akan bervariasi secara langsung dengan MAP pada area yang rusak dan

tidak dipengaruhi oleh pCO2.

Banyak ilmuwan yang berkonsentrasi dalam meneliti fenomena ”steal and

countersteal” yang secara teoritis mungkin terjadi. Peneliti-peneliti tersebut

mengajukan teori bahwa jika suatu bagian dari sirkulasi otak kehilangan

kemampuan autoregulasinya, dan jika aliran yang melalui bagian tersebut

berhubungan secara langsung dengan MABP, maka ketika

Kalsium

Saat ini peran ion Ca++ pada metabolisme dan aliran darah otak sedang

diteliti secara intensif. Bukti-bukti yang mendukung mengenai peran aktif Ca++

dalam CBF mencakup peran Ca++ pada kontraksi otot dan peningkatan

penggunaan Ca++ channel blocker dalam pengelolaan hipertensi dan penyakit

arteri koroner. Lebih jauh lagi, influks dari Ca++ dianggap sebagai .. Konsentrasi ion

Ca++ ekstraseluler adalah sekitar 4-5 mEq/L dan konsentrasi Ca++ intraseluler

adalah 10-7 mEq/L.

PENGUKURAN ALIRAN DARAH OTAK

Pertanyaan yang paling penting adalah bagaimana menetukan aliran darah

sesungguhnya ke suatu bagian tertentu dari otak. Adolfo Fick menyatakan bahwa

jumlahh substansi yang diserap oleh suatu organ tertentu berhubungan dengan

perbedaan konsentrasi dari substansi tersebut dan aliran darah ( yang membawa

substansi tersebut) antara arteri dan vena. Penggunaan Nitrous Oksida, suatu

substansi yang tidak diserap maupun disekresi oleh otak, dan dengan menerapkan

teori dari Fick, Kety dan Schmidt menerbitkan

KESIMPULAN

Salah satu persoalan dasar yang tetap menjadi hal yang penting bagi klinisi

adalah perlindungan terhadap jaringan otak selama periode iskemia. Telah

diketahui dengan baik bahwa dari semua jaringan, jaringan saraf merupakan

jaringan yang paling rentan mengalami kerusakan akibat iskemia. Pendekatan

ilmiah untuk mengatasi situasi ini mencakup mengidentifikasi proses yang

menyebabkan cedera saraf pada kondisi iskemia dan kemudian berusaha untuk

mengintervensi satu atau lebih tempat pada kaskade ini. Beberapa faktor yang

telah diidentifikasi diantaranya adalah:

- Tidak adanya mekanisme untuk menjalankan metabolisme anaerobik pada

jaringan otak.

- Adanya intoleransi jaringan otak terhadap kondisi asidosis dan akumulasi

laktat.

- Pada beberapa area tertentu dari sirkulasi otak hanya terdapat sangat

sedikit sirkulasi kolateral.

- Influks dari ion Ca++ dan adanya ketidakseimbangan elektrolit.

- Pemecahan membran seluler dan protein membran.

- Metabolisme adenosine yang terganggu dengan adanya akumulasi local

dari senyawa defosforilasi dan hilangnya ATP yang mengandung energi

tinggi.

- Pembentukan dan akumulasi dari senyawa radikal bebas.

- Gangguan mikrosirkulasi

- Gangguan metabolisme prostaglandin.

Secara umum, telah diidentifikasi banyak obat yang memberikan harapan dapat

meningkatkan toleransi dari jaringan otak terhadap iskemia. Barbiturat, steroid,

benzodiazepin, free radical scavenger, manitol, dan hidrokarbon terfluorinasi

dianggap memiliki peran yang terbatas, seperti halnya obat lain tak sebanding

seperti allopurinol dan vitamin E. Kombinasi dari obat-obatan ini semakin popular

dan yang paling dikenal adalah “Sendai Cocktail” yang dikembangkan di

Universitas Sendai oleh Suzuki dan rekan-rekan. Kombinasi ini terdiri dari manitol,

steroid, dan vitamin E.

Sejalan dengan meningkatnya pengetahuan kita mengenai metabolisme

otak, semakin dekat kita pada penyelesaian dari persoalan dasar tersebut.

Penyakit serebrovaskuler tetap merupakan penyebab kematian paling sering

ketiga dan merupakan penyebab utama dari disabilitas jangka lama.