Perang di Alveoli: Imunitas vs Pernapasan
Prajurit Garis Depan
Netrofil dan makrofag merespons infeksi bakteri dengan cara melahap mereka hidup-hidup melalui proses fagositosis.
Bayangkan alveoli paru-paru sebagai alun-alun utama sebuah kota benteng, tempat pasokan logistik penting dibongkar muat. Ketika bakteri berbahaya berhasil menembus benteng pertahanan napas dan masuk ke dalam alveoli, sistem pertahanan kota membunyikan alarm bahaya. Tubuh segera mengerahkan prajurit penjaga utama dari sistem imunitas bawaan: netrofil dan makrofag.
Kedua tipe sel ini bukan sekadar penjaga yang menyemprotkan zat kimia dari jarak jauh. Sebagai sel fagosit, mereka bergerak langsung mendekati patogen, mengurungnya dengan juluran membran sel, lalu secara fisik menelan dan mencernanya di dalam kantung enzim intraseluler. Pada gambaran histopatologi paru-paru penderita pneumonia, infiltrasi masif sel-sel radang berinti ungu yang memadati alveoli membuktikan bekerjanya garis pertahanan pertama ini.
Pada sebuah infeksi lokal di bawah kulit, diamati adanya pergerakan sel darah putih dalam jumlah besar ke area tersebut. Apa tindakan utama yang dilakukan netrofil dan makrofag saat tiba di lokasi infeksi?
- Melepaskan antibodi untuk menetralisir bakteri dari jarak jauh
- Menggantikan sel kulit yang mati untuk mencegah bakteri masuk lebih dalam
- Menelan bakteri secara fisik untuk menghancurkannya di dalam sel
- Membawa lebih banyak oksigen ke area infeksi agar bakteri mati
Jawaban: Menelan bakteri secara fisik untuk menghancurkannya di dalam sel
Netrofil dan makrofag adalah sel fagosit pada imunitas bawaan yang bertindak sebagai garis pertahanan pertama dengan cara menelan (fagositosis) dan mencerna bakteri secara fisik di dalam lisosomnya. Mereka tidak memproduksi antibodi (peran limfosit B), tidak berfungsi membentuk struktur epitel pengganti, dan tidak bertugas mengangkut oksigen (peran eritrosit).
Fungsi utama netrofil dan makrofag sebagai sel fagosit
Endotoksin: Alarm dari Puing
Endotoksin adalah kepingan dinding sel bakteri Gram-negatif yang baru memicu inflamasi setelah bakteri tersebut mati dan hancur.
Masih di medan pertempuran kota benteng: bakteri basil Gram-negatif memiliki struktur pertahanan unik berupa zirah luar berlapis lipopolisakarida (LPS). Selama prajurit musuh (bakteri) masih utuh dan hidup, zirah ini terpasang rapi di tubuhnya. Namun, begitu prajurit fagosit berhasil menghancurkan bakteri atau bakteri mengalami lisis, serpihan-serpihan zirah pelindung tersebut terlepas dan berceceran di medan laga. Serpihan inilah yang kita kenal sebagai endotoksin.
Puing-puing endotoksin yang terbebas tidak tinggal diam. Bagian molekulnya (terutama lipid A) terdeteksi oleh reseptor pengawas tubuh (seperti kompleks TLR4 pada makrofag dan sel endotel), yang seketika membunyikan alarm tanda bahaya di seluruh penjuru kota benteng. Pelepasan sitokin peradangan dalam skala besar pun terpicu, menghasilkan respons inflamasi sistemik seperti demam tinggi hingga penurunan tekanan darah.
Sebuah eksperimen mengamati pelepasan zat penyebab demam dari bakteri Gram-negatif. Tentukan apakah pernyataan berikut Benar atau Salah:
- Endotoksin secara aktif diproduksi dan dipompa keluar oleh bakteri saat mereka sedang membelah diri. — Salah
- Hancurnya dinding sel bakteri Gram-negatif oleh fagositosis melepaskan molekul yang memicu inflamasi sistemik. — Benar
Pernyataan 1 Salah karena endotoksin (LPS) adalah komponen struktural dinding sel luar bakteri Gram-negatif, bukan racun yang disekresikan secara aktif saat membelah diri (itu definisi eksotoksin). Pernyataan 2 Benar karena endotoksin baru terbebas dalam jumlah besar ketika dinding sel bakteri lisis/hancur (misalnya oleh fagositosis atau antibiotik), dan komponen lipid A dari LPS inilah yang memicu alarm inflamasi sistemik seperti demam dan syok.
Kondisi di mana endotoksin (LPS) dari bakteri Gram-negatif memicu respons inflamasi
Barikade yang Menyumbat Napas
Keberadaan cairan eksudat dan sel imun di dalam alveoli memperlebar jarak difusi, sehingga menurunkan efisiensi pertukaran oksigen.
Dalam kondisi sehat, alun-alun alveoli dijaga tetap bersih, kering, dan berdinding sangat tipis agar molekul gas bisa menyeberang ke pembuluh darah dalam sekejap mata. Namun, akibat pertempuran sengit melawan bakteri bervirulensi tinggi, dinding pembuluh darah melebar dan merembeskan cairan kental kaya protein bersama jutaan sel darah putih—campuran ini disebut eksudat.
Alih-alih membantu pernapasan, tumpukan eksudat dan sel radang justru berubah menjadi barikade kotor yang menimbun permukaan alveoli. Menurut prinsip difusi gas (Hukum Fick), kecepatan pertukaran gas berbanding terbalik dengan ketebalan sawar alveolar-kapiler. Semakin tebal lapisan barikade cairan dan sel yang menutupi alveoli, semakin jauh jarak yang harus ditempuh oksigen untuk mencapai kapiler darah, sehingga efisiensi difusi gas merosot tajam dan pasien mengalami sesak napas parah (hipoksia).
Seorang pasien dengan edema paru mengalami penumpukan cairan di kantung udara parunya. Mengapa kondisi penumpukan cairan ini dapat menyebabkan pasien mengalami penurunan kadar oksigen dalam darah (hipoksia)?
- Cairan memperlebar jarak yang harus ditempuh molekul oksigen untuk mencapai kapiler darah
- Cairan tersebut menyerap molekul oksigen dan membawanya kembali ke luar paru-paru
- Sel-sel darah putih dalam cairan menggunakan oksigen tersebut untuk menghasilkan energi melawan bakteri
- Penumpukan cairan mempercepat pertukaran oksigen, namun menghambat pengeluaran karbon dioksida
Jawaban: Cairan memperlebar jarak yang harus ditempuh molekul oksigen untuk mencapai kapiler darah
Berdasarkan Hukum Fick tentang difusi gas, laju pertukaran gas berbanding terbalik dengan ketebalan membran (jarak difusi). Penumpukan cairan eksudat dan sel radang secara drastis memperlebar jarak yang harus ditembus oksigen dari rongga alveolus menuju eritrosit di kapiler darah, sehingga efisiensi difusi anjlok dan menyebabkan hipoksia. Cairan eksudat tidak membuang oksigen keluar paru-paru, dan sel darah putih tidak bertugas mengangkut oksigen.
Dampak penumpukan cairan dan sel radang (eksudat) pada efisiensi difusi gas di alveoli