Cairan asin secara teratur mengalir melalui otak untuk membersihkan racun dan limbah, tetapi setelah stroke, cairan ini membanjiri organ, menenggelamkan sel-selnya.
Pembengkakan di otak, yang dikenal sebagai edema serebral, terjadi setelah stroke ketika air mengalir ke sel-sel otak dan ruang di sekitarnya. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan berpikir kelebihan cairan ini berasal dari darah, tetapi bukti baru menunjukkan bahwa air itu berasal dari sumber lain sepenuhnya: cairan serebrospinal yang kaya natrium yang meresap ke otak. Hasil ini berasal dari model tikus hidup dan jaringan manusia.
Temuan ini, yang diterbitkan 30 Januari di jurnal Science, menunjuk pada perawatan potensial untuk mengatasi pembengkakan di otak dan meningkatkan pemulihan pasien setelah stroke.
Siklus mencuci salah
Stroke terjadi ketika sumbatan menyumbat pembuluh darah di otak, atau pembuluh darah benar-benar pecah. Tanpa pasokan energi yang memadai, sel-sel otak tidak bisa lagi mengawasi partikel mana yang melewati membran mereka. Dalam beberapa menit, neuron membengkak seperti bola pantai yang penuh dan mulai mengalami hubungan arus pendek, mengalami kerusakan dan mati. Beberapa jam kemudian, jaringan yang terjalin erat melapisi pembuluh darah di otak, penghalang darah-otak, juga mulai rusak, dan seluruh organ mengambil air.
"Selama lebih dari 60 tahun, orang-orang mengira penumpukan cairan ini berasal dari darah" bocor melalui penghalang darah-otak yang dikompromikan, kata ketua penulis studi Dr. Humberto Mestre, seorang dokter dan mahasiswa doktoral saat ini di University of Rochester Medical Center ( URMC) Pusat untuk Neuromedicine Translasional. Tapi edema otak terjadi jauh sebelum penghalang darah-otak rusak, membuat Mestre dan rekan-rekannya bertanya-tanya apakah air itu sebenarnya berasal dari tempat lain.
"Tidak ada yang melihat sumber cairan alternatif ini," kata Mestre. Cairan serebrospinal, yang membentuk sekitar 10% dari cairan yang ditemukan di rongga tengkorak mamalia, menonjol sebagai kandidat yang menjanjikan, tambahnya.
Di otak, cairan serebrospinal mengalir melalui sistem glymphatic, sebuah jaringan tubing yang berliku di sepanjang jalur yang diukir oleh pembuluh darah dan arteri organ, menurut sebuah laporan pada tahun 2015 dalam jurnal Neurochemical Research. Cairan mengalir tepat di luar pembuluh darah, ditahan oleh "terowongan berbentuk donat" sel. (Bayangkan seutas kawat, melambangkan arteri, beristirahat di dalam selang karet, yang bertindak seperti terowongan luar yang diisi dengan cairan.) Ketika otot-otot di sepanjang kontrak arteri, cairan serebrospinal di dekatnya akan terdorong di sepanjang rutenya dan mengambil sisa metabolisme pada jalan. Selain membuang sampah, sistem glymphatic juga dapat membantu mendistribusikan lemak, gula, dan senyawa penting lainnya di dalam otak.
Meskipun penting dalam otak yang sehat, setelah stroke, sistem glymphatic menjadi kusut dan mendorong timbulnya edema, Mestre dan rekan penulisnya menemukan. "Cairan serebrospinal sebenarnya adalah pendorong utama pembengkakan tepat setelah stroke terjadi," kata Mestre.
Menahan banjir
Peran cairan serebrospinal dalam stroke menghindari ilmuwan selama beberapa dekade, sebagian, karena tidak ada teknologi untuk mengamati stroke yang berlangsung secara real time, kata Mestre.
Dia dan rekan penulisnya menggabungkan beberapa teknik untuk mengamati perubahan aliran cairan pada tikus yang mengalami stroke. Tim tersebut mengintip ke dalam otak hewan menggunakan MRI dan mikroskop dua-foton, yang menggunakan bahan kimia cahaya dan fluoresen untuk mencitrakan jaringan hidup. "Kami pada dasarnya dapat membayangkan apa yang dilakukan cairan serebrospinal saat stroke terjadi," kata Mestre. Dengan memasukkan cairan dengan partikel radioaktif, para peneliti juga bisa menentukan bagaimana laju aliran berubah seiring waktu.
Dengan menggunakan metode ini, tim menentukan bahwa edema memegang otak tikus "sedini 3 menit" setelah stroke, jauh sebelum penghalang darah-otak mulai bocor, kata Mestre. Sel-sel otak mengalami hubungan pendek, mereka memuntahkan pembawa pesan kimia yang dikenal sebagai neurotransmitter dan kalium ke dalam ruang di luar membran mereka. Sel-sel terdekat bereaksi terhadap masuknya bahan kimia dan, pada gilirannya, korsleting. Saat badai listrik ini menyapu otak, otot-otot di dalam pembuluh darah berkontraksi dan menciptakan ruang antara mereka dan sistem glymphatic di sekitarnya. Cairan serebrospinal asin tersedot ke dalam ruang hampa yang dihasilkan, menarik molekul air bersamanya.
"Di mana pun natrium menumpuk, air akan mengikutinya," kata Mestre. Tim bisa menyaksikan permainan follow-the-leader ini terbuka di area otak tertentu tetapi tidak bisa melacak aliran air di seluruh organ sekaligus. Namun, menggunakan model komputer untuk mensimulasikan seluruh jaringan glymphatic, mereka dapat memprediksi bagaimana pembuluh darah yang menghalangi akan menggerakkan aliran air melalui otak tikus seutuhnya setelah stroke.
Untuk menghubungkan titik-titik antara tikus dan manusia, penulis memeriksa jaringan otak pasien yang meninggal akibat stroke iskemik, di mana gumpalan darah menghalangi pembuluh darah di otak. Otak tikus dan manusia mengumpulkan cairan di wilayah yang sama, yaitu area di mana sistem gimfatik berjalan dan mengambil limbah. Mengingat korelasi yang kuat antara hewan dan manusia, "temuan ini dapat memberikan dasar konseptual untuk pengembangan strategi pengobatan alternatif," catat para penulis.
Tim menguji salah satu dari strategi ini pada tikus dengan menghalangi saluran air pada astrosit, sel-sel di otak yang membantu mengarahkan air melalui sistem glymphatic. Tikus yang tidak memiliki saluran lebih lambat untuk mengalami edema setelah stroke, menunjukkan bahwa pengobatan serupa dapat menunjukkan harapan pada pasien manusia. Selain menghalangi aliran air, perawatan di masa depan berpotensi mencegah edema dengan memperlambat penyebaran aktivitas listrik yang disebabkan oleh stroke di otak, tambah penulis. Badai listrik ini terus menyerang otak selama berhari-hari setelah stroke, memicu edema setiap kali terjadi.
Gelombang berbahaya dari aktivitas listrik yang terlihat pada stroke iskemik juga muncul bersamaan dengan "hampir setiap cedera," kata Mestre. Studi baru mengisyaratkan bahwa sistem glymphatic mungkin memainkan peran dalam kondisi di mana ada pendarahan di dalam dan di sekitar otak, cedera otak traumatis dan bahkan migrain, meskipun koneksi seperti itu tetap "murni spekulatif." Suatu hari nanti, sistem glymphatic dapat menawarkan para dokter strategi baru untuk merawat cedera otak akut, kata Mestre.
