Hematoencephalic Barrier: Struktur, Fungsi dan Penyakit
Penghalang darah-otak (BBB) adalah dinding semi-permeabel antara darah dan otak. Ini terdiri dari sel-sel yang membentuk dinding kapiler darah otak. Penghalang ini memungkinkan neuron dari sistem saraf pusat secara kimia diisolasi dari organisme lainnya.
Paul Ehrlich, dokter Jerman yang memenangkan Hadiah Nobel dalam Kedokteran pada tahun 1908, menunjukkan adanya penghalang darah-otak.
Pada 1878 ia membuat tesis tentang pewarnaan histologis. Ehrlich mencoba menyuntikkan pewarna biru yang disebut anilin ke dalam aliran darah tikus. Dia menemukan bahwa semua jaringan berwarna biru kecuali otak dan sumsum tulang belakang.
Namun, ketika ia menyuntikkan zat pewarna yang sama ke dalam cairan serebrospinal ventrikel otak, seluruh sistem saraf pusat menjadi berwarna biru.
Eksperimen ini menunjukkan bahwa ada penghalang antara darah dan cairan di dalam sel-sel otak (cairan ekstraseluler): penghalang darah-otak.
Otak adalah satu-satunya organ yang memiliki sistem keamanannya sendiri. Berkat penghalang darah-otak, nutrisi penting dapat mencapainya sambil menghalangi masuknya zat lain.
Penghalang ini berfungsi untuk mempertahankan berfungsinya neuron dengan mengontrol masuk dan keluarnya bahan kimia di otak. Meskipun, sayangnya, penghalang ini bertindak sangat efektif menghalangi masuknya zat asing ke otak yang biasanya juga mencegah obat mencapai itu.
Bagaimanapun, penelitian terus merancang obat-obatan yang memiliki persyaratan yang diperlukan untuk menembus penghalang ini.
Namun, ada beberapa daerah tubuh di mana tidak ada penghalang darah-otak. Ini dikenal sebagai organ sirkuventrikular.
Akhirnya, ada kondisi tertentu yang menghasilkan bukaan penghalang darah-otak. Ini memungkinkan pertukaran zat secara bebas, sehingga fungsi otak bisa diubah. Beberapa di antaranya adalah peradangan, trauma, atau penyakit seperti multiple sclerosis.
Struktur penghalang darah-otak
Beberapa zat dapat melewati penghalang ini, tetapi yang lain tidak. Yang berarti bahwa itu adalah penghalang selektif permeabel.
Di sebagian besar tubuh, sel-sel yang membentuk kapiler darah tidak mengikat dengan kuat. Ini disebut sel endotel, dan memiliki celah di antara mereka dengan mana berbagai zat dapat masuk dan keluar. Dengan demikian, unsur-unsur dipertukarkan antara plasma darah dan cairan yang mengelilingi sel-sel organisme (cairan ekstraseluler).
Namun, dalam sistem saraf pusat, kapiler tidak memiliki celah ini. Sebaliknya, sel-sel terkait erat. Ini mencegah banyak zat meninggalkan darah.
Memang benar bahwa ada beberapa zat konkret yang dapat melewati penghalang ini. Mereka melakukan ini melalui protein khusus yang mengangkutnya dari dinding kapiler.
Sebagai contoh, transporter glukosa memungkinkan masuknya zat ini ke otak untuk menyediakan bahan bakar. Selain itu, alat pengangkut ini mencegah sisa-sisa produk limbah beracun di otak.
Sel glial (pendukung), yang disebut astrosit, menggumpal di sekitar pembuluh darah otak dan tampaknya memainkan peran penting dalam perkembangan sawar darah-otak. Ini juga tampaknya berkontribusi pada pengangkutan ion dari otak ke darah.
Di sisi lain, ada area sistem saraf yang memiliki sawar darah-otak lebih permeabel daripada yang lain. Bagian berikut menjelaskan untuk apa ini.
Fungsi
Agar ada fungsi otak yang baik, adalah penting bahwa keseimbangan harus dipertahankan antara zat di dalam neuron dan dalam cairan ekstraseluler yang ada di sekitarnya. Ini memungkinkan pesan untuk dikirim dengan benar di antara sel.
Jika komponen cairan ekstraseluler berubah, bahkan sedikit, transmisi ini akan diubah yang menyebabkan perubahan fungsi otak.
Karena itu, sawar darah-otak bertindak untuk mengatur komposisi cairan ini. Sebagai contoh, banyak makanan yang kita makan mengandung zat kimia yang dapat mengubah pertukaran informasi antar neuron. Penghalang darah-otak mencegah zat-zat ini mencapai otak, mempertahankan fungsi yang baik.
Penting untuk dicatat bahwa penghalang darah-otak tidak memiliki struktur yang seragam di seluruh sistem saraf. Ada tempat-tempat di mana ia memiliki permeabilitas lebih daripada di tempat lain. Ini berguna untuk memungkinkan lewatnya zat yang tidak diterima di tempat lain.
Contohnya adalah area postrema batang otak. Wilayah ini mengontrol muntah, dan memiliki penghalang darah-otak yang jauh lebih permeabel. Tujuannya adalah agar neuron di daerah itu dapat dengan cepat mendeteksi zat beracun dalam darah.
Jadi, ketika beberapa racun yang berasal dari perut mencapai sistem peredaran darah, itu merangsang area pencuci otak yang menyebabkan muntah. Dengan cara ini, organisme dapat mengeluarkan konten beracun dari lambung sebelum mulai berbahaya.
Singkatnya, tiga fungsi utama penghalang darah-otak adalah:
- Melindungi otak dari zat asing yang berpotensi berbahaya atau yang dapat mengubah fungsi otak.
- Melindungi dan memisahkan sistem saraf pusat dari hormon dan neurotransmiter yang ada di seluruh tubuh, menghindari efek yang tidak diinginkan.
- Menjaga keseimbangan kimia yang konstan di otak kita.
Zat apa yang melewati penghalang darah-otak?
Ada zat yang lebih rentan dari yang lain untuk melewati sawar darah-otak. Zat yang memiliki karakteristik berikut lebih mudah masuk daripada yang lain:
- Molekul kecil lebih mudah melewati sawar darah-otak daripada molekul besar.
- Zat liposoluble mudah melewati sawar darah-otak, sedangkan yang tidak melakukannya lebih lambat atau tidak berhasil melewatinya. Salah satu jenis obat yang larut dalam lemak yang mudah mencapai otak kita adalah barbiturat. Contoh lain adalah etanol, nikotin, kafein atau heroin.
- Molekul yang memiliki muatan listrik lebih sedikit melewati penghalang lebih cepat daripada molekul dengan muatan tinggi.
Beberapa zat dapat melewati sawar darah-otak. Di atas segalanya, mereka melewati molekul glukosa, oksigen dan asam amino yang penting untuk berfungsinya otak.
Asam amino seperti tirosin, triptofan, fenilalanin, valin atau leusin memasuki sawar darah-otak dengan sangat cepat. Banyak dari ini adalah prekursor neurotransmiter yang disintesis di otak.
Namun, penghalang ini tidak termasuk hampir semua molekul besar dan 98% dari semua obat yang tersusun dari molekul kecil.
Itulah sebabnya ada kesulitan untuk pengobatan penyakit otak, karena obat-obatan biasanya tidak melewati penghalang atau tidak dalam jumlah yang diperlukan. Dalam kasus tertentu, agen terapeutik dapat disuntikkan langsung ke otak untuk menghindari sawar darah-otak.
Pada saat yang sama, ia mencegah masuknya neurotoksin dan lipofilik melalui transporter yang diatur oleh apa yang disebut glikoprotein P.
Organ sirkuventrikular
Seperti yang disebutkan, ada beberapa daerah otak di mana penghalang darah-otak paling lemah dan paling permeabel. Ini menyebabkan zat mencapai daerah ini dengan mudah.
Berkat area ini, otak dapat mengontrol komposisi darah. Dalam organ sirkuventrikular adalah:
- Kelenjar pineal: adalah struktur yang terletak di dalam otak kita, di antara mata. Ini terkait dengan ritme biologis kita dan fungsi hormon penting. Ini melepaskan melatonin dan peptida neuroaktif.
- Neurohypophysis: adalah lobus posterior kelenjar hipofisis. Menyimpan zat dari hipotalamus, terutama neurohormon seperti oksitosin dan vasopresin.
- Area postrema: seperti yang disebutkan di atas, menghasilkan muntah untuk mencegah kita dari mabuk.
- Organ subfornical: sangat penting dalam pengaturan cairan tubuh. Misalnya, ia memiliki peran penting dalam perasaan haus.
- Organ pembuluh darah lamina terminal: juga berkontribusi terhadap rasa haus dan keseimbangan cairan melalui pelepasan vasopresin. Mendeteksi peptida dan molekul lainnya.
- Media Eminence: adalah area hipotalamus yang mengatur hipofisis anterior melalui interaksi antara hipotalamus yang merangsang dan menghambat hormon.
Kondisi yang mempengaruhi penghalang darah-otak
Mungkin saja penghalang darah-otak diubah karena berbagai penyakit. Selain itu, ketika penghalang ini melemah, ada kemungkinan bahwa probabilitas meningkat atau mempercepat munculnya gangguan neurodegeneratif.
- Hipertensi atau ketegangan tinggi: dapat menyebabkan penghalang ini diubah, menjadi permeabel, yang dapat berbahaya bagi tubuh kita.
- Radiasi: paparan radiasi yang lama dapat melemahkan penghalang darah-otak.
- Infeksi: peradangan pada beberapa bagian sistem saraf pusat melemahkan penghalang ini. Contohnya adalah meningitis, suatu penyakit di mana meninges otak (lapisan yang mengelilingi otak dan sumsum tulang belakang) meradang oleh berbagai virus dan bakteri.
- Trauma, iskemia, stroke ... dapat menyebabkan kerusakan langsung pada otak, mempengaruhi penghalang darah-otak.
- Abses otak. Ini disebabkan oleh peradangan dan akumulasi nanah di dalam otak. Infeksi biasanya berasal dari telinga, mulut, sinus, dll. Meskipun mungkin akibat trauma atau operasi. Dalam kebanyakan kasus dibutuhkan 8 hingga 12 minggu terapi antibakteri.
- Multiple sclerosis: tampaknya orang dengan penyakit ini memiliki kebocoran di sawar darah-otak. Ini menyebabkan terlalu banyak sel darah putih mencapai otak, di mana mereka keliru menyerang mielin.
Myelin adalah zat yang menutupi sel-sel saraf dan memungkinkan impuls saraf untuk bepergian dengan cepat dan efektif. Jika dihancurkan, kemunduran motorik kognitif dan progresif akan muncul.
