Sirkulasi dan Metabolisme Otak

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.

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.