Tekanan Cairan Serebrospinal
Tekanan normal dalam sistem cairan serebrospinal saat seseorang berada dalam posisi horizontal rata-rata sebesar 130 mm air (10 mmHg), meskipun tekanan ini dapat serendah 65 mm air atau setinggi 195 mm air bahkan pada individu sehat normal.

Pengaturan Tekanan Cairan Serebrospinal oleh Vili Araknoid. Laju normal pembentukan cairan serebrospinal tetap hampir konstan sehingga perubahan pembentukan cairan jarang menjadi faktor dalam pengendalian tekanan. Vili araknoid berfungsi seperti katup yang memungkinkan cairan serebrospinal beserta isinya mengalir dengan mudah ke dalam darah sinus vena tanpa memungkinkan darah mengalir balik ke arah sebaliknya. Secara normal, aksi katup dari vili ini memungkinkan cairan serebrospinal mulai mengalir ke dalam darah ketika tekanan cairan serebrospinal sekitar 1,5 mmHg lebih tinggi dibandingkan tekanan darah di sinus vena. Selanjutnya, jika tekanan cairan serebrospinal meningkat lebih tinggi lagi, katup akan terbuka lebih lebar.

Dalam kondisi normal, tekanan cairan serebrospinal hampir tidak pernah meningkat lebih dari beberapa milimeter merkuri di atas tekanan dalam sinus vena serebral.

Pada keadaan penyakit, vili kadang-kadang mengalami sumbatan oleh partikel besar, fibrosis, atau sel darah yang bocor ke dalam cairan serebrospinal pada penyakit otak. Sumbatan tersebut dapat menyebabkan tekanan cairan serebrospinal tinggi, sebagaimana dijelaskan pada bagian berikut.

Tekanan Cairan Serebrospinal Tinggi pada Kondisi Patologis Otak. Tumor otak besar sering meningkatkan tekanan cairan serebrospinal dengan menurunkan reabsorpsi cairan serebrospinal kembali ke dalam darah. Akibatnya, tekanan cairan serebrospinal dapat meningkat hingga 500 mm air (37 mmHg) atau sekitar empat kali nilai normal.

Tekanan cairan serebrospinal juga meningkat secara bermakna ketika terjadi perdarahan atau infeksi di rongga kranium. Pada kedua kondisi ini, sejumlah besar eritrosit dan/atau leukosit tiba-tiba muncul dalam cairan serebrospinal dan dapat menyebabkan sumbatan serius pada saluran absorpsi kecil melalui vili araknoid. Kondisi ini juga kadang-kadang meningkatkan tekanan cairan serebrospinal hingga 400 sampai 600 mm air (sekitar empat kali normal).

Sebagian bayi lahir dengan tekanan cairan serebrospinal tinggi, yang sering disebabkan oleh resistensi abnormal tinggi terhadap reabsorpsi cairan melalui vili araknoid, baik akibat jumlah vili araknoid yang terlalu sedikit maupun karena vili memiliki sifat absorptif abnormal. Hal ini akan dibahas kemudian dalam kaitannya dengan hidrosefalus.

Pengukuran Tekanan Cairan Serebrospinal. Prosedur yang biasa digunakan untuk mengukur tekanan cairan serebrospinal cukup sederhana. Pertama, pasien berbaring tepat horizontal pada sisi tubuhnya sehingga tekanan cairan di kanalis spinalis sama dengan tekanan di rongga kranium. Selanjutnya, jarum spinal dimasukkan ke dalam kanalis spinalis lumbalis di bawah ujung bawah medula spinalis, dan jarum dihubungkan dengan tabung kaca vertikal yang terbuka pada bagian atasnya. Cairan spinal dibiarkan naik di dalam tabung setinggi mungkin. Jika cairan naik hingga 136 mm di atas tingkat jarum, maka tekanan dinyatakan sebesar 136 mm air, atau dengan membagi angka ini dengan 13,6 yang merupakan berat jenis merkuri, sekitar 10 mmHg.

Obstruksi Aliran Cairan Serebrospinal Dapat Menyebabkan Hidrosefalus. “Hidrosefalus” berarti kelebihan cairan di rongga kranium. Kondisi ini sering dibagi menjadi hidrosefalus komunikans dan hidrosefalus nonkomunikans. Pada hidrosefalus komunikans, cairan mengalir dengan mudah dari sistem ventrikel ke ruang subaraknoid, sedangkan pada hidrosefalus nonkomunikans, aliran cairan keluar dari satu atau lebih ventrikel terhambat.

Biasanya, hidrosefalus nonkomunikans disebabkan oleh sumbatan pada akuaduktus Sylvii akibat atresia (penutupan) sebelum lahir pada banyak bayi atau akibat sumbatan oleh tumor otak pada usia berapa pun. Ketika cairan dibentuk oleh pleksus koroid pada kedua ventrikel lateral dan ventrikel ketiga, volume ketiga ventrikel ini meningkat sangat besar sehingga otak tertekan menjadi lapisan tipis terhadap tengkorak.

Pada neonatus, peningkatan tekanan juga menyebabkan seluruh kepala membengkak karena tulang tengkorak belum menyatu.

Hidrosefalus tipe komunikans biasanya disebabkan oleh hambatan aliran cairan di ruang subaraknoid sekitar bagian basal otak atau oleh sumbatan vili araknoid tempat cairan normalnya diabsorpsi ke dalam sinus vena. Oleh karena itu, cairan terkumpul baik di luar otak maupun, dalam derajat lebih ringan, di dalam ventrikel. Kondisi ini juga menyebabkan pembengkakan kepala yang sangat besar jika terjadi pada masa bayi ketika tengkorak masih lentur dan dapat meregang, serta dapat merusak otak pada usia berapa pun. Salah satu terapi untuk banyak jenis hidrosefalus adalah pemasangan bedah shunt tabung silikon dari salah satu ventrikel otak ke rongga peritoneum tempat kelebihan cairan dapat diabsorpsi ke dalam darah.

Sawar Darah–Cairan Serebrospinal dan Sawar Darah–Otak
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa konsentrasi beberapa komponen penting cairan serebrospinal tidak sama dengan cairan ekstraseluler di bagian tubuh lain. Selain itu, banyak molekul besar hampir tidak dapat melewati darah menuju cairan serebrospinal atau cairan interstisial otak, meskipun zat yang sama dapat dengan mudah memasuki cairan interstisial tubuh pada umumnya. Oleh karena itu, dikatakan terdapat sawar yang disebut sawar darah–cairan serebrospinal dan sawar darah–otak yang masing-masing berada antara darah dan cairan serebrospinal serta cairan otak.

Sawar ini terdapat baik pada pleksus koroid maupun pada membran kapiler jaringan di hampir seluruh area parenkim otak kecuali pada beberapa area hipotalamus, kelenjar pineal, dan area postrema, tempat zat dapat berdifusi lebih mudah ke ruang jaringan. Kemudahan difusi di area ini penting karena terdapat reseptor sensorik yang merespons perubahan spesifik pada cairan tubuh, seperti perubahan osmolalitas dan konsentrasi glukosa, serta reseptor hormon peptida yang mengatur rasa haus seperti angiotensin II. Sawar darah–otak juga memiliki molekul pembawa spesifik yang memfasilitasi transport hormon seperti leptin dari darah ke hipotalamus tempat hormon tersebut berikatan dengan reseptor spesifik yang mengendalikan fungsi lain seperti nafsu makan dan aktivitas sistem saraf simpatis.

Secara umum, sawar darah–cairan serebrospinal dan sawar darah–otak sangat permeabel terhadap air, CO2, O2, dan sebagian besar zat larut lemak seperti alkohol dan anestetik; sedikit permeabel terhadap elektrolit seperti natrium, klorida, dan kalium; serta hampir sepenuhnya impermeabel terhadap protein plasma dan sebagian besar molekul organik besar yang tidak larut lemak. Oleh karena itu, sawar darah–cairan serebrospinal dan sawar darah–otak sering membuat konsentrasi efektif obat terapeutik, seperti antibodi protein dan obat yang tidak larut lemak, tidak dapat dicapai di dalam cairan serebrospinal maupun parenkim otak.

Penyebab rendahnya permeabilitas sawar darah–cairan serebrospinal dan sawar darah–otak adalah cara sel endotel kapiler jaringan otak saling berhubungan. Sel-sel tersebut dihubungkan oleh apa yang disebut tight junction. Artinya, membran sel endotel yang berdekatan menyatu erat dan bukan memiliki pori celah besar di antaranya, sebagaimana terjadi pada sebagian besar kapiler tubuh lainnya.

Edema Otak
Salah satu komplikasi paling serius dari abnormalitas dinamika cairan serebral adalah terjadinya edema otak. Karena otak terbungkus dalam rongga kranium yang padat, akumulasi cairan edema tambahan akan menekan pembuluh darah sehingga sering menyebabkan penurunan aliran darah yang berat dan destruksi jaringan otak.

Penyebab umum edema otak adalah peningkatan besar tekanan kapiler atau kerusakan dinding kapiler yang menyebabkan dinding menjadi bocor terhadap cairan. Penyebab yang sering adalah benturan berat pada kepala yang menyebabkan konkusi otak, di mana jaringan otak dan kapiler mengalami trauma dan cairan kapiler bocor ke jaringan yang mengalami trauma.

Setelah edema otak mulai terjadi, kondisi ini sering memicu dua lingkaran setan akibat mekanisme umpan balik positif berikut:

1. Edema menekan vaskularisasi, yang selanjutnya menurunkan aliran darah dan menyebabkan iskemia otak. Iskemia kemudian menyebabkan dilatasi arteriola dengan peningkatan lebih lanjut tekanan kapiler. Peningkatan tekanan kapiler tersebut kemudian menyebabkan lebih banyak cairan edema sehingga edema semakin memburuk secara progresif.
2. Penurunan aliran darah serebral juga menurunkan penghantaran O2, yang meningkatkan permeabilitas kapiler sehingga memungkinkan kebocoran cairan lebih lanjut. Penurunan aliran darah juga mengurangi penghantaran substrat yang dibutuhkan untuk menghasilkan adenosin trifosfat (ATP) dalam jumlah memadai yang selanjutnya diperlukan untuk pompa natrium pada sel jaringan neuron, sehingga sel-sel tersebut membengkak.

Setelah lingkaran setan ini dimulai, tindakan agresif harus dilakukan untuk mencegah destruksi total otak. Salah satu tindakan tersebut adalah infus intravena zat osmotik pekat, seperti larutan manitol pekat, yang menarik cairan secara osmosis dari jaringan otak dan memutus lingkaran setan tersebut. Prosedur lain adalah mengeluarkan cairan dengan cepat dari ventrikel lateral otak melalui pungsi jarum ventrikel sehingga tekanan intrakranial berkurang.

METABOLISME OTAK
Seperti jaringan lain, otak memerlukan O2 dan nutrien untuk memenuhi kebutuhan metaboliknya. Namun, metabolisme otak memiliki karakteristik khusus yang perlu dibahas.

Laju Metabolisme Total Otak dan Laju Metabolisme Neuron. Dalam kondisi istirahat tetapi sadar, metabolisme otak mencakup sekitar 15% dari total metabolisme tubuh, meskipun massa otak hanya 2% dari total massa tubuh. Oleh karena itu, pada kondisi istirahat, metabolisme otak per satuan massa jaringan sekitar 7,5 kali rata-rata metabolisme jaringan non-sistem saraf.

Sebagian besar metabolisme otak ini terjadi pada neuron, bukan pada jaringan penunjang glia. Kebutuhan utama metabolisme neuron adalah memompa ion melalui membrannya, terutama untuk mentranspor ion natrium dan kalsium ke luar membran neuron serta ion kalium ke bagian dalam. Setiap kali neuron menghantarkan potensial aksi, ion-ion ini bergerak melalui membran sehingga meningkatkan kebutuhan transport membran tambahan untuk memulihkan perbedaan konsentrasi ion yang sesuai pada membran neuron. Oleh karena itu, selama tingkat aktivitas otak tinggi, metabolisme neuron dapat meningkat hingga 100% sampai 150%.

Kebutuhan Khusus Otak terhadap Oksigen: Tidak Adanya Metabolisme Anaerob Bermakna. Sebagian besar jaringan tubuh dapat bertahan hidup tanpa O2 selama beberapa menit dan beberapa jaringan bahkan hingga 30 menit. Selama waktu tersebut, sel jaringan memperoleh energi melalui proses metabolisme anaerob, yaitu pelepasan energi melalui pemecahan sebagian glukosa dan glikogen tanpa menggabungkannya dengan O2. Proses ini menghasilkan energi tetapi dengan mengorbankan penggunaan glukosa dan glikogen dalam jumlah sangat besar. Namun demikian, proses ini tetap mempertahankan kelangsungan hidup jaringan.

Otak tidak mampu melakukan metabolisme anaerob dalam jumlah besar setelah penurunan mendadak penghantaran O2. Salah satu penyebabnya adalah tingginya laju metabolisme neuron sehingga sebagian besar aktivitas neuron bergantung pada penghantaran O2 dari darah dari detik ke detik. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor tersebut, dapat dipahami mengapa penghentian mendadak aliran darah ke otak atau ketiadaan total O2 dalam darah secara mendadak dapat menyebabkan kehilangan kesadaran dalam waktu 5 sampai 10 detik.

Dalam Kondisi Normal, Sebagian Besar Energi Otak Dipasok oleh Glukosa. Dalam kondisi normal, hampir seluruh energi yang digunakan sel otak dipasok oleh glukosa yang berasal dari darah. Seperti halnya O2, sebagian besar glukosa ini diperoleh dari darah kapiler dari menit ke menit dan dari detik ke detik, dengan total cadangan glukosa yang disimpan sebagai glikogen di neuron hanya cukup untuk sekitar 2 menit pada suatu waktu tertentu.

Karakteristik khusus penghantaran glukosa ke neuron adalah transportnya ke dalam neuron melalui membran sel tidak bergantung pada insulin, meskipun insulin diperlukan untuk transport glukosa ke sebagian besar sel tubuh lainnya. Oleh karena itu, pada pasien diabetes berat dengan sekresi insulin yang hampir nol, glukosa tetap berdifusi dengan mudah ke dalam neuron, yang sangat menguntungkan dalam mencegah hilangnya fungsi mental pada penderita diabetes. Namun, ketika pasien diabetes mendapat terapi insulin berlebihan, konsentrasi glukosa darah dapat turun ke tingkat sangat rendah karena kelebihan insulin menyebabkan hampir seluruh glukosa dalam darah dengan cepat ditranspor ke sejumlah besar sel non-neural yang sensitif terhadap insulin di seluruh tubuh, terutama ke sel otot dan hati. Ketika hal ini terjadi, glukosa yang tersisa dalam darah tidak cukup untuk memasok neuron secara memadai sehingga fungsi mental mengalami gangguan berat, kadang-kadang menyebabkan koma dan lebih sering menimbulkan gangguan mental serta gangguan psikotik, yang semuanya disebabkan oleh terapi insulin berlebihan.