Структура, функції та захворювання гематоенцефального бар'єру

The гематоенцефалічний бар'єр (BHE) являє собою напівпроникну стінку, яка знаходиться між кров'ю і мозку. Він складається з клітин, які утворюють стінки мозкових капілярів крові. Цей бар'єр дозволяє нейронам центральної нервової системи хімічно ізолюватися від решти тіла.

Пан Ерліх, німецький лікар, який отримав Нобелівську премію з медицини в 1908 році, продемонстрував існування гематоенцефалічного бар'єру.

У 1878 р. Він зробив дисертацію з гістологічного фарбування. Ерліх спробував ввести синій барвник, який називається анілін, в кров миші. Він виявив, що всі тканини були пофарбовані в синій колір, за винятком головного і спинного мозку.

Проте при ін'єкції одного і того ж барвника в цереброспінальну рідину шлуночків головного мозку вся центральна нервова система була пофарбована в блакитний колір..

Цей експеримент показав, що існує бар'єр між кров'ю і рідиною в клітинах мозку (позаклітинна рідина): гематоенцефалічний бар'єр.

Мозок - єдиний орган, який має власну систему безпеки. Завдяки гематоенцефалічному бар'єру, важливі поживні речовини можуть досягати його, перекриваючи при цьому інші речовини.

Цей бар'єр служить для підтримки належного функціонування нейронів, контролюючи вхід і вихід хімічних речовин в мозок. Хоча, на жаль, цей бар'єр діє так ефективно, що блокує проходження чужорідних речовин в мозок, що зазвичай також запобігає потраплянню наркотиків до цього.

У будь-якому випадку, дослідження продовжує розробляти препарати, які мають необхідні вимоги для проникнення в цей бар'єр.

Проте є деякі області тіла, де немає гематоенцефалічного бар'єру. Вони відомі як схематичні шлуночкові органи.

Нарешті, існують певні умови, які викликають розкриття гематоенцефалічного бар'єру. Це дозволяє вільно обмінювати речовини, так що функціонування мозку може бути змінено. Деякими з них є запалення, травми або захворювання, такі як розсіяний склероз.

Структура гематоенцефалічного бар'єру

Деякі речовини можуть перетнути цей бар'єр, але інші не можуть. Це означає, що це вибірково проникний бар'єр.

У великій частині тіла клітини, які складають капіляри крові, не зв'язуються щільно. Вони називаються ендотеліальними клітинами і мають прорізи між ними, за допомогою яких різні речовини можуть входити і виходити. Таким чином, обмінюються елементи між плазмою крові і рідиною, що оточує клітини організму (позаклітинна рідина).

Проте в центральній нервовій системі капіляри не мають цих розщілин. Навпаки, клітини тісно пов'язані між собою. Це запобігає виходу з організму багатьох речовин.

Правда, існують деякі конкретні речовини, які можуть перетнути цей бар'єр. Вони роблять це за допомогою спеціальних білків, які транспортують їх зі стінок капілярів.

Наприклад, транспортери глюкози дозволяють вводити цю речовину в мозок для забезпечення палива. Крім того, ці транспортери запобігають тому, щоб токсичні відходи залишалися в мозку.

Гліальні (підтримуючі) клітини, які називаються астроцитами, скупчуються навколо кровоносних судин мозку і, здається, відіграють важливу роль у розвитку гематоенцефалічного бар'єру. Вони також, здається, сприяють транспортуванню іонів з головного мозку в кров.

З іншого боку, є області нервової системи, які мають гематоенцефалічний бар'єр більш проникним, ніж в інших. У наступному розділі пояснюється, для чого це робиться.

Функції

Для того, щоб була хороша функція мозку, дуже важливо підтримувати баланс між речовинами всередині нейронів і позаклітинною рідиною, яка знаходиться навколо них. Це дозволяє правильно передавати повідомлення між клітинами.

Якщо компоненти позаклітинної рідини змінюються, навіть незначно, ця передача буде змінена, що призведе до змін у функції мозку.

Тому гематоенцефалічний бар'єр діє на регулювання складу цієї рідини. Наприклад, багато продуктів, які ми їмо, представляють хімічні речовини, які могли б змінити обмін інформацією між нейронами. Гематоенцефалічний бар'єр запобігає потраплянню цих речовин до мозку, підтримуючи хороше функціонування.

Важливо відзначити, що гематоенцефалічний бар'єр не має однорідної структури по всій нервовій системі. Є місця, де вона має більше проникності, ніж в інших. Це корисно для того, щоб дозволити проходження речовин, які не є бажаними в інших місцях.

Прикладом може служити область postrema стовбура мозку. Цей регіон контролює блювоту і має набагато більш проникний гематоенцефалічний бар'єр. Його мета полягає в тому, що нейрони в цій області можуть швидко виявити токсичні речовини в крові.

Таким чином, коли якась отрута, що надходить з шлунка, досягає системи кровообігу, вона стимулює ділянку мозку, що викликає блювоту. Таким чином, організм може витіснити от шлунка отруйний вміст, перш ніж він почне бути шкідливим.

Таким чином, трьома основними функціями гематоенцефалічного бар'єру є:

- Захищає мозок від потенційно небезпечних сторонніх речовин або може змінити функцію мозку.

- Захищає і відокремлює центральну нервову систему від гормонів і нейромедіаторів, які знаходяться в іншій частині тіла, уникаючи небажаних ефектів.

- Підтримує постійний хімічний баланс у нашому мозку.

Які речовини перетинають гематоенцефалічний бар'єр?

Є речовини, більш сприйнятливі, ніж інші, щоб перетнути гематоенцефалічний бар'єр. Речовини, які мають такі характеристики, вводяться легше, ніж інші:

- Малі молекули легше проходять гематоенцефалічний бар'єр, ніж великі молекули.

- Жиророзчинні речовини легко перетинають гематоенцефалічний бар'єр, а ті, які не роблять його більш повільно або не проходять через нього. Одним з видів ліпід-розчинних ліків, які легко досягають нашого мозку, є барбітурати. Іншими прикладами є етанол, нікотин, кофеїн або героїн.

- Молекули, які мають менший електричний заряд, проходять бар'єр швидше, ніж ті, які мають високий заряд.

Деякі речовини можуть перетнути гематоенцефалічний бар'єр. Перш за все, вони проходять молекули глюкози, кисню і амінокислот, які є фундаментальними для нормального функціонування мозку.

Амінокислоти, такі як тирозин, триптофан, фенілаланін, валін або лейцин дуже швидко надходять у гематоенцефалічний бар'єр. Багато з них є попередниками нейромедіаторів, які синтезуються в мозку.

Однак цей бар'єр виключає практично всі великі молекули і 98% всіх препаратів, що складаються з малих молекул.

Саме тому існують труднощі для лікування захворювань головного мозку, оскільки ліки зазвичай не перетинають бар'єр або не знаходяться в необхідних кількостях. У деяких випадках терапевтичні агенти можуть бути введені безпосередньо в мозок, щоб уникнути гематоенцефалічного бар'єру.

У той же час перешкоджає введенню нейротоксинів і ліпофільних через транспортер, регульований так званим глікопротеїном Р. 

Організми шлуночків

Як уже згадувалося, існує кілька областей мозку, де гематоенцефалічний бар'єр є найслабшим і найбільш проникним. Це змушує речовини легко дістатися до цих регіонів.

Завдяки цим областям мозок може контролювати склад крові. У межах шлуночкових органів знаходяться:

- Соснова залоза: це структура, розташована всередині нашого мозку, між очима. Це пов'язано з нашими біологічними ритмами і важливими гормональними функціями. Релізи мелатоніну і нейроактивних пептидів.

- Нейрогіпофіз: задня частка долі гіпофіза. Зберігає речовини з гіпоталамуса, головним чином нейрогормонів, таких як окситоцин і вазопресин.

- Область postrema: як згадувалося вище, виробляє блювоту, щоб перешкодити нам опьяняющим.

- Субфорнічний орган: він має важливе значення в регуляції рідин організму. Наприклад, він відіграє важливу роль у відчутті спраги.

- Судинний орган кінцевої пластинки: також сприяє спраги і балансу рідини через вивільнення вазопресину. Виявляє пептиди та інші молекули.

- Високопреосвященний носій: область гіпоталамуса, що регулює передню гіпофіз через взаємодії між гіпоталамус стимулюючими та інгібуючими гормонами.

Умови, що впливають на гематоенцефалічний бар'єр

Можливо, гематоенцефалічний бар'єр змінюється внаслідок різних захворювань. Крім того, коли цей бар'єр слабшає, можливо, що ймовірність збільшує або прискорює появу нейродегенеративних розладів.

- Гіпертонія або висока напруга: може призвести до зміни цього бар'єру, стаючи проникним, що може бути небезпечним для нашого тіла..

- Радіація: тривале опромінення може послабити гематоенцефалічний бар'єр.

- Інфекції: запалення певної частини центральної нервової системи послаблює цей бар'єр. Прикладом є менінгіт, захворювання, при якому мозкові оболонки головного мозку (шари, що оточують мозок і спинний мозок) запалюються різними вірусами і бактеріями..

- Травма, ішемія, інсульт ... можуть викликати пряме пошкодження мозку, впливаючи на гематоенцефалічний бар'єр.

- Абсцес мозку Це відбувається через запалення і накопичення гною всередині головного мозку. Інфекція зазвичай походить від вуха, рота, синусів тощо. Хоча це може бути наслідком травми або операції. У більшості випадків це займає від 8 до 12 тижнів антибактеріальної терапії.

- Розсіяний склероз: здається, що люди з цим захворюванням мають витоки в гематоенцефалічний бар'єр. Це призводить до того, що надто багато білих кров'яних тілець досягають мозку, де вони помилково атакують мієлін.

Мієлін - це речовина, яка охоплює нервові клітини і дозволяє швидко і ефективно подорожувати нервовими імпульсами. Якщо воно зруйноване, з'являється когнітивне і прогресивне руйнування двигуна.

Список літератури

1. Мозковий бар'єр крові. (s.f.). Отримано 22 квітня 2017 р. З Вікіпедії: en.wikipedia.org.
2. Бар'єр для мозку крові ("Keep Out"). (s.f.). Отримано 22 квітня 2017 року, з Neuroscience for kids: faculty.washington.edu.
3. Мозковий кров'яний бар'єр. (2 липня 2014 року). Отримано з BrainFacts: brainfacts.org.
4. Карлсон, Н.Р. (2006). Фізіологія поведінки 8 р. Мадрид: Пірсон.