Penggunaan Tekhnologi NIRS (Near - Infrared Spectroscopy) Pada Oksimetri Serebral untuk Memonitor Saturasi Oksigen Serebral

Pertumbuhan otak pada masa bayi yang cepat berlanjut sampai dengan masa kanak - kanak awal. Perubahan - perubahan neurologis menjadi dasar untuk perkembangan bahasa, pembelajaran dan perilaku. Tujuan monitoring dibidang neurologi adalah untuk mendeteksi perubahan yang terjadi dan memulai langkah penyelamatan sebelum terjadi kerusakan otak ireversibel. Oksimeter serebral memantau indeks saturasi oksigen otak sebagai hasil dari dari rasio antara oksihemoglobin dan hemoglobin total. Serebral/somatik oksimeter dirancang khusus untuk mengukur oksigen dalam otak atau jaringan langsung di bawah sensor, hasil fraksi foton pada kulit dan tengkorak adalah saturasi oksigen. Penggunaan tekhnologi NIRS (Near-infrared spectroscopy) telah terbukti berkorelasi dengan hasil oksigenasi jaringan otak. Ketersediaan ini tekhnologi non invasif memungkinkan estimasi oksigenasi serebral selama kondisi dimana mungkin ada perubahan dalam pengiriman oksigen akibat anemia, penurunan cardiac output atau perubahan dalam saturasi oksigen.

Kata Kunci: saturasi oksigen otak, tekhnologi NIRS, oksimeter serebral.

1. Latar belakang

Berbeda dengan jaringan tubuh lainnya, yang tumbuh dengan cepat setelah kelahiran, sistem saraf tumbuh secara proporsional lebih cepat sebelum kelahiran. Peningkatan jumlah neuron secara cepat berlangsung antara 15 - 20 minggu pertama gestasi, dan peningkatan lain selama pada usia 30 minggu yang memanjang sampai usia 1 tahun. pertumbuhan pada masa bayi yang cepat berlanjut sampai dengan masa kanak - kanak awal dan melambat dengan kecepatan yang lebih bertahap pada masa kanak - kanak akhir sampai remaja. Perubahan - perubahan neurologis menjadi dasar untuk perkembangan bahasa, pembelajaran dan perilaku.

Pada saat lahir, massa otak bayi sudah mencapai seperempat otak orang dewasa dengan 100 miliar sel otak. Usia setahun otaknya sudah mencapai 70% perkembangan otak dewasa, sementara neuron yang terbentuksudah mencapai 70-85%. Pada usia tiga tahun, massa otak anak sudah mencapai 90% otak dewasa. Dengan sendirinya,dimasa ini otak akan sangat responsive terhadap rangsangan dan pengaruh lingkungan. Semakin besar rangsangan yang diterima bayi, semakin banyak cabang neuron terbentuk. Periode ini amat penting untuk dimanfaatkan, apalagi masa keemasan perkembangan otak ini tidak akan terulang lagi dalam masa pertumbuhan anak selanjutnya.

Monitoring fungsi serebral yang dilakukan pada pasien anak tidak hanya terkait pada pasien yang mengalami gangguan serebral, tetapi pada anak yang beresiko mengalami gangguan serebral.Tujuan monitoring dibidang neurologi adalah untuk mendeteksi perubahan yang terjadi dan memulai langkah penyelamatan sebelum terjadi kerusakan ireversibel. Pada pasien anak, monitoring sirkulasi oksigen ke otak banyak dilakukan pada neonatus (misalnya: pada kasus BBLR), pada pasien anak yang menjalani operasi kardiovaskuler, pada pasien anak dengan cedera kepala.

Pengggunaan oksimetri yang selama ini kita kenal adalah penggunaan pulse oksimetri, yang menggunakan. Pulse oksimetri adalah metode non-invasif yang memungkinkan pemantauan oksigenasi dari hemoglobin pasien. atau dalam bahasa yang sederhana, berfungsi untuk mengukur atau memantau kadar oksigen dalam darah. Sebuah sensor ditempatkan pada bagian tipis dari tubuh pasien, biasanya ujung jari atau cuping, atau dalam kasus bayi, dipasang di kaki. Kadar oksigen dalam darah akan keluar bila sensor sudah mendeteksi aliran darah. Penggunaan oksimetri ini bersifat non invasif, tetapi tidak akan mengetahui secara langsung sirkulasi oksigen ke otak, perkembangan tekhnologi memberikan berbagai macam bentuk oksimetri, salah satunya adalah oksimetri serebral yang bisa memantau secara langsung sirkulasi darah ke otak.

2. Tinjauan literatur dan pembahasan

Sistem karotis terutama melayani hemisfer otak dan sistem vertebra basilaris terutama memberi darah bagi batang otak, serebelum dan bagian posterior hemisfer. Aliran darah Otak (ADO) dipengaruhi terutama oleh 3 faktor. Dua yang paling penting adalah tekanan untuk memompa darah dari sistem arteri kapiler ke sistem vena, dan tahanan pembuluh darah otak. Faktor ketiga adalah viskositas dan koagulobilitasnya (kemampuan untuk membeku).

Dari faktor pertama, yang penting adalah tekanan darah sistemik (faktor jantung,darah, pembuluh darah dan lain-lain) dan faktor kemampuan khusus pembuluh darah otak (arteriol) untuk menguncup bila tekanan darah sistemik naik dan berdilatasi bila tekanandarah sistemik menurun. Daya akomodasi sistem arteriol otak ini disebut daya otoregulasi pembuluh darah otak yang berfungsi normal bila tekanan sistolik antara 50 - 150 mmHg. Faktor darah, selain viskositas darah dan daya membekunya, tekanan parsial CO2 dan O2 berpengaruh terhadap diameter arteriol. CO2 yang naik, PO2 turun, serta suasana jaringan yang asam (pH rendah) menyebabkan vasodilatasi, sebaliknya bila tekanan parsial CO2 turun, PO2 naik, pH tinggi, maka terjadi vasokonstriksi. Viskositas/kekentalan darah yang tinggi mengurangi ADO, sedangkan koagulobilitas yang besar memudahkan terjadinya trombosis dan aliran darah lambat (Price & Wilson, 1995).

Iskemia otak sekunder memberikan kontribusi besar untuk hasil yang buruk setelah terjadi trauma otak. Monitoring tekanan intrakranial (ICP) dan perfusi tekanan serebral (CPP) telah menjadi landasan perawatan trauma otak, tetapi hipoksia otak/iskemia dapat terjadi  meskipun ICP dan CPP memadai. Metode untuk mendiagnosis secara akurat hipoksia otak/iskemia dan memantau respon terhadap pengobatan jelas diperlukan dengan menggunakan bedside monitor sehingga petugas kesehatan akan lebih cepat memantau hasilnya (Rohlwink & Figaji, 2010).

Kerentanan bayi prematur terhadap cedera neurologis telah dihubungkan dengan perkembangan pembuluh darah yang belum matang dan faktor fisiologis kehidupan di luar rahim. Proliferasi vaskular dalam matriks germinal subependymal dan vaskular redundansi dari subkortikal menjadi predisposisi neonatus untuk cedera iskemik. Baru-baru ini, sebagian besar data menunjukkan bahwa rendahnya ABP (Arterial Blood Pressure) dikaitkan dengan cedera neurologis, tapi pengelolaan hemodinamik secara optimal pada bayi prematur akan mencegah iskemia otak (Gilmore,et.al, 2011).

Pada pasien dengan penyakit jantung kongenital, kejadian hipoksia atau hipoksemia otak sering terjadi pada saat dilakukan tindakan pembedahan yaitu cardiopulmoner bypass. Pada bayi, kejadian iskemia ini berada pada interval 2 - 30%. Kejadian ini merupakan acuan bahwa penggunaan oksimeter serebral sangat diperlukan untuk monitoring dan pencegahan kejadian iskemia otak (Quarti,et.al, 2011).

Oksimeter serebral memantau indeks saturasi oksigen otak sebagai hasil dari dari rasio antara oksihemoglobin dan hemoglobin total. Inframerah dekat foton cahaya menembus dahi, dan setelah tersebar di dalam kulit kepala dan otak, beberapa fraksi dari foton dipantulkan kembali ke permukaan kulit. Cerebral/somatik oksimeter dirancang khusus untuk mengukur oksigen dalam otak atau jaringan langsung di bawah sensor, hasil fraksi foton pada kulit dan tengkorak adalah saturasi oksigen (Quarti,et.al, 2011).

Oksimetrer serebral menggunakan tekhnologi NIRS (Near-infrared spectroscopy) memonitor oksigenasi darah serebral secara non invasif sehingga memberikan estimasi oksigenasi jaringan otak. Sampai saat ini, sebagian besar penggunaan oksimetri serebral diberikan pada bayi dan anak-anak yang menjalani cardiopulmonary bypass dalam pengobatan penyakit jantung bawaan. Penelitian telah menunjukkan bahwa perubahan oksigenasi otak berkorelasi dengan perubahan dalam output jantung, aliran darah otak, dan oksigen serebral selama periode cardiopulmonary bypass. Oksimeter serebral yang digunakan dalam penelitian ini adalah oksimeter serebral yang diproduksi oleh Somanetics Corp dengan nama produk INVOS 3100, oksimeter ini menggunakan dioda pemancar cahaya untuk memancarkan dua gelombang-panjang cahaya inframerah. INVOS 3100 memiliki dua photodiodes penerima, diatur dengan jarak berbeda dari sumber cahaya. Salah satu detektor diposisikan untuk mengukur jaringan ekstrakranial seperti kulit, otot dan tulang, sementara yang lain, yang terjauh dari cahaya sumber, mengukur saturasi dari ekstrakranial dan intrakranial jaringan otak. Penggunaan tekhnologi NIRS telah terbukti berkorelasi dengan hasil oksigenasi jaringan otak. Ketersediaan ini tekhnologi non invasif memungkinkan estimasi oksigenasi serebral selama kondisi dimana mungkin ada perubahan dalam pengiriman oksigen akibat anemia, penurunan cardiac output atau perubahan dalam saturasi oksigen (Tobias, 2011).

Gambar 1. Cerebral Oxymetry

Gambar 2 dan 3. Tempat pemasangan oksimeter serebral

Serebral oksimetri dengan penggunaan NIRS (near - infrared spectroscopy) merupakan salah satu alat non invasif yang digunakan untuk memantau sirkulasi oksigen ke otak. Sensor biasanya diletakkan di bagian dahi (ditunjukkan pada gambar 2 dan 3), oksimetri serebral ini banyak digunakan di ruang operasi, PICU, dan NICU. Pada beberapa tahun terakhir penggunaan NIRS telah banyak digunakan di beberapa rumah sakit.

Tidak seperti x-ray, foton menghasilkan ionisasi yang sangat kecil, kecuali cahaya terkonsentrasi sedemikian rupa tinggi sehingga menyebabkan terbakar pada kulit, radiasi optik tidak memberikan bahaya yang signifikan. Semakin meluasnya tekhnologi NIRS menawarkan cara aman,  non-invasif untuk memantau fungsi otak dengan bedside monitor (ditunjukkan pada gambar 1) tanpa menggunakan radioisotop atau agen kontras lainnya (Elwell & Hebden, 1999).

Gambar 2 dan 3 menunjukkan skema dari eksperimental diatur untuk pengukuran spektroskopi di kepala. Serat optik yang membawa cahaya NIRS ke dan dari kepala yang diakhiri dengan prisma kecil yang mengarahkan cahaya normal pada permukaan jaringan. Jarak geometris, yang dikenal sebagai jarak interoptode (IOS), biasanya diukur dengan sepasang kaliper langsung di atas tempat pengukuran, jarak ini adalah garis lurus jarak daripada panjang busur antara dua titik (Elwell & Hebden, 1999).

Tekhnologi NIRS dengan penerapan resolusi spasial, pengukuran saturasi oksigen hemoglobin (Hb) di seluruh jaringan intrakranial dapat dilakukan. Sebuah kasus diseksi arteri dengan penurunan rSO2 secara tiba-tiba terdeteksi oleh oksimetri serebral selama perbaikan aneurisma aorta yang rumit. Oksimeter serebral disediakan awal peringatan, yang menentukan evaluasi lebih lanjut dalam pengobatan (Wang, et.al, 2011).

Sistem oksimeter serebral mengukur molekul oksigen hemoglobin sel-sel darah merah. Perubahan informasi yang dihasilkan pada daerah saturasi oksigen (rSO2) penting untuk tanda yang membantu tim perawatan mendeteksi dan memberikan intervensi lanjutan. Di ruang operasi, sensor biasanya dipasang oleh perawat, anestesi sebelum, selama dan setelah operasi, dan sangat memungkinkan untuk memonitor lebih awal resiko yang terjadi. Inovasi utama oksimeter serebral dari INVOS sistem adalah penggunaan detektor ganda yang mengukur sinyal dari dalam dan luar lapisan jaringan. Penggunaan beberapa sensor menyediakan kekhususan untuk mendeteksi daerah iskemia disebabkan oleh pengurangan aliran darah dan memungkinkan penggunaan sensor di lokasi lain pada kepala atau tubuh untuk membedakan antara iskemik regional dan sistemik (Stanton, 2009).

Oksimetri memberikan beberapa manfaat dalam pengukuran saturasi oksigen, beberapa manfaat itu adalah tidak membutuhkan pemanasan kulit sehingga mengurangi resiko luka bakar, meniadakan periode keterlambatan untuk ekuilibrasi transduser, pengukuran tetap akurat tanpa memperhatikan usia atau karakteristik  kulit pasien atau ada tidaknya penyakit paru. Pemasangan sensor yang tepat sangat penting untuk pengukuran SaO2, beberapa alat mensinkronisasi pembacaan SaO2 dengan denyut jantung, sehingga mengurangi pengaruh akibat gerakan (Wong, 2009).

3. Kesimpulan dan rekomendasi

Penggunaan spirometer serebral dengan menggunakan tekhnologi NIRS dapat digunakan untuk mendeteksi lebih awal terhadap resiko iskemia otak. Penggunaan spirometer serebral memang lebih tepat digunakan pada unit - unit khusus di rumah sakit, seperti PICU, NICU, dan ruang operasi. Penggunaan spirometer serebral di ruang operasi memberikan manfaat berupa peringatan awal bagi petugas ruang operasi akan adanya resiko iskemia otak. Penggunaan di NICU memberikan manfaat deteksi awal untuk monitoring kondisi hemodinamik bayi, karena kerentanan neonatus terhadap gangguan hemodinamik yang dapat menimbulkan cedera otak.

Spirometer serebral merupakan alat yang mungkin tidak terlalu rumit bagi perawat, tetapi pengetahuan tentang intervensi terkait hasil monitoring pada spirometer serebral menjadi hal yang perlu dipelajari oleh perawat maupun profesi lain sehingga pemakaian alat ini tidak sia - sia bagi pasien.

Penggunaan siprometer serebral tidak hanya diperlukan di unit - unit khusus, tetapi juga di ruangan, karena kemungkinan ada pasien yang memang memerlukan monitoring khusus terkait gangguan sirkulasi darah pada organ atau jaringan, termasuk pasien yang menunjukkan tanda - tanda penurunan kesadaran. Di ruang perawatan alat - alat monitoring harus punya tempat tersediri di kamar pasien, tentu ini menjadi kendala dalam pemakaian alat karena ruang rawat inap di Indonesia memiliki banyak keterbatasan