Sel pada Sistem Saraf
Temuan yang menjadi millestone studi tentang sistem saraf adalah pengamatan yang dilakukan ilmuwan Spanyol Santiago Ramón y Cajal pada tahun 1889, yang melaporkan bahwa sistem saraf terdiri dari unit-unit individu yang secara struktural berdiri secara independen. Menurut hipotesisnya, setiap sel saraf yang satu mampu berkomunikasi dengan sel saraf lainnya melalui pelekatan dan kedekatan. Artinya, komunikasi antar sel saraf yang berdekatan dapat terjadi tetapi terpisah oleh jarak. Sel saraf harus mampu melintasi ruang dan penghalang yang memisahkan sel saraf tersebut. Pernyataan ini membuktikan bahwa teori Cajal tidak benar secara universal, tetapi gagasan utamanya yang menyatakan bahwa komunikasi dalam sistem saraf sebagian besar merupakan komunikasi antara sel-sel saraf independen, tetap menjadi prinsip dasar mekanisme kerja sistem saraf. Terdapat dua jenis sel dasar dalam sistem saraf yaitu neuron dan sel neuroglial.
Gambar 1. Mikrograf sel saraf pada manusia menggunakan pewarnaan fluorescence
A. Neuron
Di dalam otak manusia diperkirakan terdapat 85 miliar hingga 200 miliar neuron. Setiap neuron memiliki identitasnya sendiri, diekspresikan berdasarkan interaksinya dengan neuron lain dan dengan sekresi yang dihasilkan neuron tersebut, sehingga setiap neuron memiliki fungsinya sendiri, tergantung pada sifat dan lokasinya. Kebanyakan neuron terdiri dari tiga komponen yang berbeda, yaitu (1) badan sel, atau soma; (2) serabut saraf, atau akson; dan (3) penerima inpuls, atau dendrit.
Klasifikasi struktur neuron berdasarkan pada hubungan antara dendrit, badan sel, dan akson mencakup: (a) Neuron Tanpa Akson. Secara struktur lebih kecil dan tidak memiliki akson. Neuron ini berlokasi di otak dan beberapa organ perasa khusus; (b) Neuron Bipolar. Ukuran dari neuron bipolar lebih kecil dibandingkan dengan neuron unipolar dan multipolar. Neuron bipolar sangat jarang ada, tetapi mereka ada di dalam organ perasa khusus, neuron ini menyiarkan ulang informasi tentang penglihatan, penciuman, dan pendengaran dari sel-sel yang peka terhadap rangsang ke neuron-neuron lainnya; (c) Neuron Unipolar. Di dalam suatu neuron unipolar, dendrit dan akson melakukan proses secara berlanjut. Dalam suatu neuron, segmen awal dari cabang dendrit membawa aksi potensial dan neuron ini memiliki akson. Beberapa neuron sensorik dari saraf tepi merupakan neuron unipolar dan sinaps neuron berakhir di sistem saraf pusat, dan (d) Neuron Multipolar. Neuron multipolar lebih banyak memiliki dendrit dan dengan satu akson. Neuron ini merupakan tipe neuron yang sebagian besar berada di SSP. Contoh tipe neuron ini adalah seluruh neuron motorik yang mengendalikan otot rangka.
1. Badan Sel atau Soma
a. Membran Plasma
Neuron terikat pada membran plasma. Sekitar setengah dari struktur membran plasma merupakan lipid bilayer (dua lembar fosfolipid dengan ruang antar membran). Salah satu ujung molekul fosfolipid bersifat hidrofilik, atau mengikat air, dan ujung lainnya bersifat hidrofobik, atau menolak air. Struktur bilayer adalah ketika ujung hidrofilik dari molekul fosfolipid mengarah ke media berair baik di interior sel maupun lingkungan ekstraseluler, sedangkan ujung hidrofobik molekul mengarah ke ruang antar lapisan lipid. Lapisan lipid ini bukanlah struktur yang kaku, akan tetapi molekul fosfolipid terikat secara longgar dan dapat bergerak secara lateral melintasi permukaan membran, serta bagian dalamnya dalam keadaan sangat cair.
b. Nukleus
Nukleus neuron merupakan struktur yang terbungkus membran berbentuk bulat dan dapat ditemukan pada badan sel neuron. Nukleus sel neuron berukuran besar, bulat, dan biasanya terletak di tengah. Membran nukleus sel neuron seperti pada sel-sel lainnya, memiliki membran ganda dengan pori-pori (pori nukleus) yang berperan sebagai jalur interaksi antara internal nukleus dengan sitoplasma (eksternal nukleus). Nukleus di dalam neuron berbentuk bulat dan berdiameter 3 sampai 18 mikrometer, bergantung pada ukuran neuron. Neuron yang memiliki akson panjang akan memiliki badan sel dan nukleus yang lebih besar. Seperti pada sel lainnya, komponen utama nukleus adalah asam deoksiribonukleat (DNA), kromosom dan gen. Nukleus juga mengandung nukleolus dan kromosom, yang diperlukan untuk produksi protein dalam sel.
c. Organel
Retikulum endoplasma (ER) merupakan sistem membran yang tersebar luas dalam neuron sejalan dengan membran nukleus. Retikulum endoplasma terdiri dari serangkaian tubulus, kantung disebut dengan cisternae, dan vesikel yang seperti kantung bulat bermembran. Terdapat dua jenis Retikulum Endoplasma yaitu RE halus dan RE kasar. RE Kasar memiliki struktur yang tampak kasar karena banyak ribosom yang menempel pada permukaannya. Ribosom memiliki fungsi untuk mensintesis protein yang nantinya akan diangkut diangkut keluar dari sel atau dimanfaatkan oleh sel itu sendiri. Pada neuron, RE Kasar hanya ditemukan badan sel. RE halus terdiri dari jaringan tubulus didalam badan sel yang menghubungkan RE halus dengan Badan Golgi. Tubulus memasuki wilayah akson dan meluas hingga ke terminal Axon. Badan golgi Golgi merupakan kompleks cisternae dengan permukaan rata yang teratur dalam barisan terlipat dan terkemas dengan erat. Badan golgi terletak di dekat atau di sekitar nukleus, untuk meneruskan protein yang disintesis dalam RE kasar lalu ditransfer ke Badan Golgi melalui RE halus. Pada badan Golgi, protein melekat pada karbohidrat membentuk glikoprotein. Glikoprotein yang terbentuk dikemas ke dalam vesikel yang nantinya akan membentuk fusi dengan membran sel untuk membawa protein keluar dari sel.
Gambar 2. Klasifikasi anatomi neuron. Anak panah menunjukkan arah impuls neural. (Diedit dari buku Simon & Schuster. 1998. Fundamental of Anatomy and Physiology 4th ed, New Jersey: Prentice Hall, Inc.)
2. Serabut Saraf atau Akson
Akson muncul dari badan sel melalui suatu wilayah yang disebut dengan Axon Hillock. Akson merupakan bagian dari neuron di mana membran plasma akan menghasilkan impuls saraf. Akson kemudian mengalirkan impuls dari badan sel atau dendrit menuju neuron lainnya. Akson yang berukuran besar terbungkus oleh selubung myelin. Struktur myelin terdiri dari 80 persen lipid dan 20 persen protein. Kolesterol merupakan salah satu jenis lipid yang paling banyak, seiring dengan jumlah serebrosida dan fosfolipid. Lapisan konsentris dari lipid dipisahkan oleh lapisan tipis protein memungkinkan akson memiliki kemampuan sebagai isolator listrik dengan resistensi yang tinggi. Insulator listrik dengan kapasitansi rendah akan terputus pada celah yang disebut dengan nodus ranvier. Nodus ranvier merupakan bagian akson neuron dengan membran yang tidak terbungkus membran myelin. Dalam sistem saraf pusat, selubung mielin terbentuk dari sel glial yang disebut oligodendrosit, dan pada saraf perifer terbentuk dari sel Schwann (baca penjelasan tentang neuroglia).
Fungsi utama akson adalah meneruskan impuls saraf dari badan sel ke terminal akson. Terminal akson akan menghasilkan zat kimia yang disebut neurotransmiter. Sintesis zat ini dapat terjadi di terminal terminal, tetapi sintesis enzim dibentuk oleh ribosom didalam badan sel dan harus diangkut ke terminal akson. Proses ini dikenal sebagai aliran axoplasmic. Aliran ini terjadi di kedua arah sepanjang akson dan dapat difasilitasi oleh mikrotubulus.
Terminal akson adalah struktur khusus yang membentuk persimpangan antara neuron yang satu dengan neuron lainnya maupun dengan sel-sel yang menjalankan fungsi efektor. Pertemuan antara neuron dengan neuron lainnya atau dengan sel yang menjalankan efektor disebut sinapsis. Terminal presinaptik, bila dilihat oleh mikroskop cahaya, terlihat seperti bonggol kecil dan mengandung banyak organel. Komponen yang paling banyak adalah vesikel sinaptik, yang berisi neurotransmiter dalam kondisi menggumpal pada area membran terminal sehingga terlihat tampak menebal. Area yang menebal ini disebut dengan presinaptik padat, atau zona aktif.
Terminal presinaptik tidak terbungkus myelin dan dipisahkan dari neuron atau sel efektor sehingga membentuk celah yang disebut dengan celah sinaps. Celah sinaps merupakan wilayah di mana neurotransmiter dilepaskan dari vesikel terminal akson. Pada persimpangan antara neuron dengan sel otot misalnya, pada celah sinaptik berisi struktur lamina basal yang mengandung enzim yang dapat menghancurkan zat neurotransmitter, sehingga jumlah zat neurotransitter yang mencapai reseptor post-sinaps pada sel penerima dapat diatur sedemikian rupa, sesuai dengan kebutuhan. Sebagian besar informasi terkait dengan reseptor neurotransmitter postsinaptik berasal dari penelitian reseptor pada sel otot. Reseptor ini terdiri dari glikoprotein yang terdiri dari lima subunit. Antara reseptor neurotransmitter tidak memiliki struktur yang sama, tetapi semua adalah protein dan mungkin memiliki subunit dengan yang dapat diaktifkan oleh neurotransmitter.
Gambar 3. Diagram proses kimia proses sinapsis menggunakan zat neurotransmitter.
Selain dari jenis sinaps yang dimediasi secara kimia pada sebagian besar sistem saraf vertebrata, terdapat jenis sinapsis lainnya pada otak vertebrata dan memiliki jumlah yang cukup besar pada sistem saraf invertebrata dan ikan. Sinapsis ini tidak memiliki celah sinaptik. Sebaliknya, terdapat ikatan saluran langsung antar neuron pada sitoplasma sel yang berdekatan antara wilayah pra-sinaptik dan post-sinaptik. Komunikasi neuron yang cepat di ikatan ini kemungkinan besar bersifat listrik.
3. Penerima inpuls atau dendrit
Selain akson, neuron juga memiliki percabangan lain yang disebut dengan dendrit. Dendrit biasanya berukuran lebih pendek dari akson dan tidak terbungkus myelin. Dendrit memiliki bentuk permukaan sebagai penerima (post-sinaps) sebagai input sinaptik dari neuron lain. Pada sebagia besar dendrit, permukaan ini memiliki struktur khusus yang disebut duri dendritik, yang menyediakan daerah spesipik untuk penerimaan impuls saraf dan mengisolasi perubahan arus listrik dari cabang dendritik utama. Pada awalnya, dianggap bahwa hanya dendrit yang dapat menerima impuls saraf dari akson dengan membentuk sinapsis dengan akson. Akan tetapi, pengetahuan berkembang dan menunjukkan bahwa sel efektor juga dapat menerima impuls dari akson, terutama dari tereminal akson untuk memberikan respon terhadap impuls. Saat ini diketahui bahwa beberapa neuron tidak memiliki akson. Pada neuron yang tidak memiliki akson, aliran impuls dilakukan oleh dendrit.
Gambar 4. Berbagai tipe sinapsis. Aksodendritik atau aksosomatik (Kiri), Aksodendritik dimana terminal akson membentuk sinaps dengan tonjolan dendrit (tengah), aksoaksonik dimana akson membentuk sinaps dengan bongkol sinaps akson yang dapat mempercepat atau menghampat kinerja sinaps (kanan)
B. Sel Neuroglial
Neuroglia merupakan sel penyokong untuk neuron-neuron pada sistem saraf pusat. Neuron memiliki jumlah yang paling sedikit dibandingkan sel lainnya dalam sistem saraf. Sel neuroglial memiliki jumlah hingga 10x lipat dari jumlah neuron yang terdapat apda sistem saraf, terutama pada sistem saraf hewan invertebrata dan vertebrata. Sel neuroglia memiliki perbedaan dengan neuron dimana sel neuroglia tidak memiliki akson dan hanya memiliki satu proses cara kerja. Selain itu, Sel neuroglial tidak membentuk sinapsis dan mempertahankan kemampuan untuk berbagi impuls sepanjang rentang hidupnya. Letak neuron dan neuroglia berada pada aposisi yang erat satu sama lain, tetapi tidak ada ikatan khusus antara kedua jenis sel neuron ini. Selain itu, terdapat ikatan antara sel-sel neuroglial dalam sistem saraf.
1. Jenis Neuroglia
Teknik histologis, mikroskop elektron, mikroskop konvensional, dan tekik imunologis telah digunakan untuk mengidentifikasi jenis-jenis sel neuroglial. Dengan menggunakan pewarnaan sel dengan antibodi yang berikatan dengan konstituen protein spesifik dari neuroglia yang berbeda, ahli saraf telah mampu membedakan sel neuroglial menjadi dua (dalam beberapa pendapat, tiga) kelompok utama neuroglia yaitu (1) astrosit, dibagi lagi menjadi tipe berserat dan protoplasma; (2) oligodendrosit, dibagi lagi menjadi tipe antarkascicular dan perineuronal; dan (3) mikroglia untuk neuroglial yang tidak termasuk pada astrosit dan oligodendrosit.
Gambar 5. Neuroglia pada sistem saraf pusat. Menggambarkan hubungan antara sel-sel neuroglia dengan neuron. (Diedit dari buku Simon & Schuster. 1998. Fundamental of Anatomy and Physiology 4th ed, New Jersey: Prentice Hall, Inc.)
Kelompok astrosit merupakan sel neuroglia terbesar. Astrosit tipe berserat umumnya terdapat di antara serat saraf mielin dalam substansi alba di sistem saraf pusat. Organel yang terlihat di badan sel neuron juga terlihat pada astrosit, tetapi dengan jumlah yang lebih sedikit. Astrosit ditandai dengan banyaknya fibril dalam sitoplasmanya. Proses utama keluar dari sel ke arah radial (sehingga diberi nama astrosit yang berarti “sel berbentuk bintang”), membentuk ekspansi, dan ujung kaki di permukaan kapiler vaskular. Fungsi kelompok astrosit adalah sebagai barier darah-otak, memperbaiki kerusakan yanng terjadi pada neuron, dan menjaga perubahan interstitial.
Oligodendrosit memiliki beberapa fibril sitoplasma tetapi dengan badan Golgi yang berkembang dengan baik. Oligodendrosit dapat dibedakan dari astrosit berdasarkan kepadatannya dimana Oligodendrosit memiliki kepadatan yang lebih besar pada sitoplasma dan nukleus, tidak terdapatnya fibril dan glikogen dalam sitoplasma, dan melibatkan sejumlah besar mikrotubulus dalam fungsinya. Dalam sistem saraf perifer, neuroglia yang setara dengan oligodendrosit disebut sel Schwann. Kelompok oligodendrosit bertanggung jawab menghasilkan myelin dalam sistems araf pusat. Setiap oligodendrosit mengelilingi beberapa neuron dan membran plasmanya membungkus tonjolan neuron sehingga terbentuk selubung myelin. Myelin pada sistem saraf tepi dibentuk oleh sel-sel schwann.
Kelompok mikroglial terdiri sel kecil dengan sitoplasma dan nukleus yang tampak gelap. Tidak pasti apakah kelompok ini hanyalah sel neuroglial yang rusak atau sebagai kelompok terpisah dalam jaringan hidup. Sekitar 5% sel-sel neuroglia pada sistem saraf pusat adalah kelompok mikroglia. Kelompok sel mikroglial memiliki karakter pagosit yang mencerna jaringan dari sel saraf yang rusak. Sehingga, kelompok sel ini ditemukan hampir di seluruh sistem saraf pusat dan dianggap berperan penting dalam proses melawan infeksi.
Gambar 6. Perbedaan tipe neuroglial yang ditemukan pada sistem saraf pusat dan sistem saraf tepi
2. Fungsi Neuroglia
Istilah neuroglia diartikan sebagai “lem saraf” dan sel-sel ini awalnya dianggap sebagai pendukung struktural neuron. Berdasarkan fungsinya, neuroglia memang menjalankan fungsi dukungan terhadap fungsi neuron, akan tetapi selain itu terdapat fungsi-fungsi penting lain neuroglia. Oligodendrosit dan sel Schwann membentuk struktur selubung mielin di sekitar akson neuron. Beberapa elemen dipermukaan akson merangsang terjadinya proliferasi sel Schwann. Jenis akson menentukan longgar atau ketanya mielinisasi pada akson. Pada pemselubung myelin yang ketat, sel glial memselubung akson seperti lembaran yang digulung disepanjang akson hingga beberapa lapisan. Diantara akson yang diselubung mielin, terdapat bagian yang terpapar yang disebut dengan nodus Ranvier. Nodus ranvier memiliki peran penting dalam mentransmisikan impuls saraf. selubung myelin serat saraf hanya ditemukan pada vertebrata, sehingga ahli biologi menyimpulkan bahwa pemselubung myelin adalah adaptasi terhadap transmisi impuls pada jarak yang relatif jauh.
Peran lain dari sel neuroglial adalah sistem perbaikan sistem saraf pusat yang mengalami cedera. Kelompok sel astrosit membelah secara signifikan setelah cedera terjadi pada sistem saraf dan kemudian kelompok sel astrosit ruang yang ditinggalkan oleh neuron yang rusak. Peran kelompok sel oligodendrosit setelah cedera belum diketahui lebih jauh, akan tetapi kelompok sel oligodendrosit dapat berkembang dan membentuk selubung myelin.
Ketika neuron dari sistem saraf perifer terputus, neuron akan mengalami proses degenerasi yang diikuti oleh regenerasi dimana serat beregenerasi sedemikian rupa hingga neuron kembali ke area awal mereka. Sel schwann berperan sebagai penentu jalur regenerasi sel saraf setelah terjadinya degenerasi dengan bantuan kelompok sel astrosit selama prekembangan sistem saraf pusat. Pada korteks serebral yang berkembang pada otak kecil primata, astrosit memproyeksikan jalur panjang ke lokasi tertentu, dan neuron bermigrasi di sepanjang proses ini hingga sampai di lokasi targetnya. Dengan demikian, organisasi neuronal dibawa hingga batas tertentu oleh neuroglia.
Kelompok sel astrosit juga dianggap memiliki sistem penyerapan dengan afinitas yang tinggi untuk neurotransmiter seperti glutamat dan asam gamma-aminobutyric (GABA). Fungsi ini penting dalam proses modulasi transmisi sinaptik. Sistem penyerapan cenderung menghentikan aksi neurotransmitter di sinapsis dan juga dapat bertindak sebagai sistem penyimpanan untuk neurotransmiter saat dibutuhkan. Misalnya, ketika saraf motorik terputus, terminal saraf hilang dari wilayah aslinya yang kemudian akan ditempati oleh sel Schwann secara sementara. Sintesis neurotransmiter oleh neuron juga membutuhkan sel neuroglial di sekitarnya.
Gambar 7. Sel glia pada sistem saraf
Akhirnya, wilayah di sekitar neuron pada otak terdiri dari jaringan celah ekstraseluler yang sangat sempit. Pada tahun 1907, ilmuwan biologi asal Italia, Emilio Lugaro melaporkan bahwa sel-sel neuroglial bertukar zat dengan cairan ekstraseluler lingkungan neuron mempengaruhi kontrol sel-sel neuroglial. Penelitian terkini juga melaporkan bahwa glukosa, asam amino, dan ion mempengaruhi fungsi neuron, melalui pertukaran antara ruang ekstraseluler dan sel-sel neuroglial. Pada tingkat aktivitas neuron yang tinggi, sel-sel neuroglial dapat mengambil buffer ion kalium dari lingkungannya dan dengan demikian mempertahankan fungsi neuron secara normal.
