Fisiologi  Terapan  dalam  Bedah  Saraf  Fadel  Muhammad  Garishah  

     Hukum  Monroe  Kellie  “The  Monro-­‐Kellie  hypothesis  states  that  the  cranial  compartment  is  incompressible,  and  the  volume  inside  the  cranium   is   a   fixed   volume.   The   cranium  and   its   constituents   (blood,   CSF,   and  brain   tissue)   create   a   state   of  volume  equilibrium,  such  that  any  increase  in  volume  of  one  of  the  cranial  constituents  must  be  compensated  by  a  decrease  in  volume  of  another.”    Organ   otak   dilindungi   oleh   tulang   cranium   dari   trauma   langsung   dan   semua  pengaruh   kekuatan   dari   luar.   Sifat   tulang   kranium   yang   rigid  membuat   volumenya  konstan,   sehingga   semua   komponen   volume   intracranial   menyesuaikan   secara  seimbang  volume  intracranial  yang  konstan.    Vc  =  V  blood  +  V  CSF  +  V  Parenchyme    Isi  dan  volume  Isi           Volume     Prosentase  dari  Total  Otak  (70%)  dan  Cairan  IntSti  (10%)   1400mL       80%  Darah                150mL     10%  Cairan  Serebrospinal            150mL     10%  Total           1700mL     100%    Dalam   kondisi   ini   maka   darah   vena   yang   akan   dikorbankan   terlebih   dahulu,   pada  peningkatan  TIK,  kemudian  diikuti  cairan  serebrospinal.    

 Doktrin  Monro-­‐Kellie-­‐Burrows.  

A. Dalam   kondisi   TIK   normal.   Komponen   utama   intracranial   adalah   80%   otak,  darah   arterial-­‐vena   (10%)   dan   cairan   serebrospinal   (10%).   Cranium   adalah  bejana   kaku,   volume   intracranial   selalu   konstan,   dan   volume   normal  intracranial  menunjukkan  TIK  dengan  rentang  nilai  (10-­‐15mmHg).  

B. Massa  intracranial  dengan  kompensasi  (TIK  normal).  Pada  pasien  ini  terdapat  massa   intracranial   (Space   occupying   lesion)   berukuran   sedang.   Karena  

volume   intracranial   konstan,   peningkatan   volume   akibat   massa  menyebabkan   kompensasi   berkurangnya   isi   intracranial.   Volume   vena  berkurang   melalui   pengeluaran   vena   dari   intracranial   ke   dalam   vena-­‐vena  jugularis.   Volume   cairan   serebrospinal   keluar   melalui   foramen  magnum   ke  dalam  kanalis  spinalis.  Otak  sendiri  hampir  tidak  dapat  dikurangi  volumenya,  sehingga  tidak  terdapat  perubahan  volume  otak  yang  signifikan  terjadi,  tidak  pula  perubahan  pada  volume  arterial.  Volume  intracranial  konstan,  dan  tidak  ada  peningkatan  TIK  (tekanan  dikompensasi)  

C. Massa  intracranial  dengan  dekompensasi  dan  peningkatan  TIK.  Ukuran  massa  lebih   besar,   di   balik   pengkompensasian   tekanan   kapasista   darah   vena   dan  LCS,  ada  peningkatan  TIK.  

 Fisiologi  Aliran  Darah  Otak     Pembuluh   darah   otak   memiliki   struktur   yang   besar   dengan   vasokonstriksi  yang  minimal.  Pembuluh  arteriol  memiliki  autoregulasi  maksimal,  serta  berinteraksi  dengan   regulasi   TIK.   Mitokondria   dalam   endotel   pembuluh   darah   otak   berlebih.  Ditemukan  pula  reseptor  endotel  untuk  neurotransmitter.    

 Endotel  Otak   tidak  berfenestrasi  dan  dihubungkan  dengan   taut-­‐erat.  Endotel   ini  menghasilkan  vasodilator  kuat   seperti  nitric  oxide  (NO),  prostacyclin,  carbon  monoxide  dan  the  endothelium  derived  hyperpolarizing  factor,  serta  vasokonstrictor,  seperti  endothelin  and  endothelium-­‐derived  constrictor  factor.    

 

Autoregulasi   adalah   kemampuan   intrinsik   pembuluh   darah   otak   untuk  menjaga  aliran  darah   serebral   relative  konstant   terhadap   tekanan  perfusi   serebral.  Kondisi   ini   bertujuan  mempertahankan   nutrisi   dan   perfusi   otak.   Kemampuan   otak  mempertahankan  perfusi  pada  MAP  antara  60  –  150  mmHg.  

NATURE REVIEWS | NEUROSCIENCE VOLUME 5 | MAY 2004 | 3 4 9

R E V I EW S

Box 2 | The neurovascular unit

Neurons and astrocytes are inclose proximity and arefunctionally coupled tosmooth muscle cells andendothelial cells.Theirinteraction in the normalstate163 and their coordinatedresponse to injury has led tothe concept that these cellsconstitute a functional unit,termed the neurovascularunit150,164,165.

Large cerebral arteriesbranch into smaller arteriesand arterioles that run alongthe surface of the brain (pialarteries)166.These consist of anendothelial cell layer, a smoothmuscle cell layer and an outerlayer of leptomeningeal cells,termed adventitia, which isseparated from the brain bythe Virchow-Robin space167. Asthe arterioles penetrate deeperinto the brain, this spacedisappears and the vascularbasement membrane comesinto direct contact with theastrocytic end-feet(intracerebral arterioles andcapillaries).

Cerebral endothelial cells are unique in that they are not fenestrated and are interconnected by focal adhesions,known as tight junctions.These morphological features constitute the blood–brain barrier. Endothelial cellsproduce powerful vasodilators69, such as nitric oxide (NO), prostacyclin, carbon monoxide and the endothelium-derived hyperpolarizing factor, and vasoconstrictors, such as endothelin and the endothelium-derived constrictorfactor69,168. Endothelial reactive oxygen species act as vasodilators at low concentrations, but at high concentrationsthey cause vascular dysregulation69 (see main text). Endothelial vasoactive substances are released by agonists thatactivate specific receptors, or by changes in shear stress at the cell surface produced by changes in the rate of bloodflow67. Gap junctions permit intracellular responses to be transmitted to adjacent endothelial cells169.

Smooth muscle cells and pericytes convert the chemical signals that originate from endothelial cells, neurons andastrocytes into changes in vascular diameter.These signals constrict or relax smooth muscle cells by inducingchanges in concentrations of intracellular Ca2+ and altering the phosphorylation state of light chain myosin170.Smooth muscle cells also respond to changes in intravascular pressure, constricting if it increases171.This propertyallows smooth muscle cells to counter changes in the rate of flow that are produced by increases in intravascularpressure, and underlies cerebrovascular autoregulation. Furthermore, smooth muscle cells are linked to each otherthrough gap junctions, a feature that mediates the intramural propagation of vascular signals172,173.

Astrocytic end-feet almost completely surround intraparenchymal blood vessels166,174.They are enriched in K+

channels, purinergic P2Y receptors and the water-channel protein aquaporin-4 (REF. 175), indicating key roles ingliovascular signalling and the regulation of brain water permeability. In addition, astrocytes are involved inneuronal energy metabolism176 and synaptic function177. Glutamate and GABA (γ-aminobutyric acid) released fromneurons initiate calcium waves in astrocytes that travel for several hundred micrometres53, and induce perivascularrelease of vasoactive agents that participate in neurovascular signalling (see main text).Neuronal processes are closely associated with cerebral blood vessels. Pial arteries are densely innervated by

perivascular nerves that originate from autonomic and sensory ganglia and contain many vasodilators (NO,acetylcholine, vasoactive intestinal polypeptide (VIP), calcitonin gene-related peptide (CGRP), substance P andcholecystokinin neurokinin A) and vasoconstrictors (noradrenaline, neuropeptide Y (NPY) and serotonin)178.Intracerebral arterioles and capillaries are contacted by neural processes that originate from local interneurons orfrom central pathways (intrinsic neurons).These processes contain many neurotransmitters178 (see also FIG. 3).

So perivascular neurons, astrocytes and vascular cells constitute a functional unit, the main goal of which is to protectthe brain by maintaining the homeostasis of the cerebral microenvironment.The neurovascular unit also provides afirst line of defense against the deleterious effects of cerebral ischaemia and other forms of brain injury150,165.

Perivascularnerves

Pial artery

Intracerebral arteriole

Capillary

Endothelialcell

Smoothmusclecells

Interneuron

Central pathways from:Locus coeruleusRapheVentral tegmental areaNucleus basalis

Virchow-Robinspace

Intrinsicneuron

Smoothmuscle cell

Glialend-foot

Glialend-feet

Glial end-footIntrinsicneuron

Pericyte

© 2004 Nature Publishing Group

   Blood  brain  barrier  

Memiliki   lapisan   endothelial   dengan   tight   junctions,   non-­‐venestrated  transendotel,   transport   transvesikel   minimal.   Area   non-­‐BBB   berfungsi   sebagai  sekresi  dengen  vaskulerisasi  yang  tinggi.    

 Perbedaan  kapiler  somatic  dengan  kapiler  otak.  Kapiler  somatic  memiliki   fenestrasi  antar   sel-­‐se   endotel   dan   membiarkan   aliran   komponen   plasma   bebas.   Selain   itu,  terdapat   aliran   bulk   komponen   plasma   menyebrang   sel   endotel   via   vesikel  pinositotik.  Kapiler   otak,   sel-­‐sel   endotelialnya   terhubung   taut   erat.   Tidak   terdapat  fenestra   yang  menghubungkan.   Beberapa   komponen   plasma  menyebrang   endotel  bila   bersifat   larut-­‐lemak;   lainnya,   semisal   asam   amino,   dan   gula   ditransportasikan  melalui   mediator   pembawa   menyebrangi   endothelial.   Jumlah   mitokondria   yang  besar  pada  endothelial  menghasilkan  energi  yang  cukup  untuk  transport  aktif.    Cerebral  Edema  Terdapat  4  mekanisme  edema  pada  otak  

1. Edema   Vasogenik,   mekanismenya   melalui   gangguan   mekanik,   blood   brain  barrier   terganggu,  permeabilitasnya  meningkat.  Plasma  darah  berkumpul  di  ruangan   interstisial,   bersifat   hyperosmolar.   TIK   meningkat,   dan   sering  ditemukan.  Terapinya  dengan  perbaikan  mekanik  blood  brain  barrier.  

2. Edema   sitotoksik,   mekanismenya   akibat   gangguan   metabolisme   intrasel,  hipoksia,  dan  intoksikasi  air.  Terapinya  dengan  metabolisme  sel  diperbaiki.  Terjadi   hipoksia,   gangguan   temperature,   asidosis   radikal   bebas,  menyebabkan   disfungsi   NaKATPase   Pump.   Natrium   intrasel   berlebihan,  gangguan  osmotic,  cairan  intrasel  berlebihan.    

3. Edema   interstitial,   mekanismenya   melalui   obstruksi   cairan   serebrospinal.  Terapinya   dengan   perbaikan   aliran   darah.   Obstruksi   LCS   menyebabkan  hidrosefalus   obstruktif,   aliran   LCS   transependim   retrograde   dari   ventrikel,  transudasi  di  interstisial.  

4. Edema   osmotic   akibat   cairan   LCS   dan   cairan   ekstrasel   oak   osmolalitasnya  sedikit   lebih   rendah   dari   plasma.   Misalnya   kondisi   hiponatremia/intake   air  banyak   sehingga   kelebihan/dilusi   plasma,   sindrom   sekresi   antidiuretic   tidak  tepat  (SIADH),  hemodialiis,  

 

   

Nampak   kapiler   otak   normal,   serta   perubahan   yang   terjadi   selama   edema  vasogenik   maupun   sitotoksik.   Dalam   kondisi   normal,   taut-­‐erat   interseluler   masih  intak.   Pada   edema   vasogenik,   taut-­‐erat   tidak   kompeten,  menyebabkan   kebocoran  plasma   ke   spatium   interseluler.   Pada   edema   sitotoksik,   terdapat   kegagalan   primer  dari   Pompa   Na   Dependen   ATP   yang  mengakibatkan   akumulasi     Na   dan   air   secara  sekunder.       Edema   Vasogenik  

(Edema  Ekstraseluler)  

Edema   Sitotoksik  (Edema  Intraseluler)  

Edema  Interstitial  

Patogenesis   Meningkatnya  permeabilitas  kapiler  

Pembengkakan   sel  (neuron,   glia,   dan  endotel)  

Peningkatan   air   otak  karena   gangguana  absorbs   cairan  serebrospinal  

Lokasi  Edema   Substantia  alba   Subtantiae   alba   et  grissea  

Aliran   LCS  transependimal   dan  interstitial   pada  periventrikuler  substantia   alba   pada  hydrocephalus  

Komposisi  Cairan  Edema  

Filtrate   plasma  mengandung  protein  plasma  

Peningkatan   air   dan  natrium   karena  kegagalan   transport  membrane  

Cairan  serebrospinal  

Volume  cairan  ekstraseluler  

Meningkat   Menurun   Meningkat  

Lesi   patologik  penyebabnya  

Tumor  primer/metastasis,  abses,   tahapan  akhir   infark,  

Tahapan   awal   infark,  intoksikasi  air  

Hidrosefalus  obstruktif/komunikans  

trauma  Efek  manitol   Efektif   Efektif   Dipertanyakan  Efek  kortikosteroid  

Efektif   Tidak  Efektif   Tidak  Efektif