Bariera krew-mózg

Bariera krew-mózg jest niezwykle ważna dla zapewnienia homeostazy mózgu, ale wiele pytań dotyczących jej powstawania wciąż nie jest do końca poznanych. Ale już teraz jest absolutnie jasne, że BBB jest najbardziej wyraźna na różnicowaniu, złożoności i gęstości bariery histohematologicznej. Jego główną strukturalną i funkcjonalną jednostką są komórki śródbłonka naczyń włosowatych mózgu.

Metabolizm mózgu, jak żaden inny narząd, zależy od substancji wchodzących z krwioobiegiem. Liczne naczynia krwionośne zapewniające pracę układu nerwowego wyróżniają się tym, że proces przenikania substancji przez ich ściany jest selektywny. Komórki śródbłonka naczyń włosowatych mózgu połączone są ciągłymi ciągłymi kontaktami, więc substancje mogą przechodzić tylko przez same komórki, ale nie między nimi. Komórki glejowe, drugi składnik bariery krew-mózg, przylegają do zewnętrznej powierzchni naczyń włosowatych. W splotach naczyniowych w komorach mózgu anatomiczną podstawą bariery są komórki nabłonka, również ściśle połączone. Obecnie, bariera krew-mózg nie jest uważany za anatomicznych i morfologicznych i funkcjonalnych, jako zdolne do selektywnego tworzenia przejść, a w niektórych przypadkach, i dostarczony do komórek nerwowych, za pomocą mechanizmów transportu aktywnego do różnych cząsteczek. Tak więc bariera spełnia funkcje regulacyjne i ochronne

W mózgu istnieją struktury, w których bariera krew-mózg jest osłabiona. To, przede wszystkim, podwzgórze, jak również szereg formacji w dolnej części komory 3 i 4 - okno tylne (obszar najdalsze) subfornical subkomissuralny i organów, jak również szyszynki. Integralność BBB jest zakłócana przez niedokrwienne i zapalne zmiany w mózgu.

Bariera krew-mózg jest ostatecznie tworzona, gdy właściwości tych komórek spełniają dwa warunki. Po pierwsze, tempo endocytozy w fazie ciekłej (pinocytozy) w nich powinno być bardzo niskie. Po drugie, konkretne gęste styki muszą tworzyć się między komórkami, dla których charakterystyczna jest bardzo wysoka rezystancja elektryczna. Osiąga ona wartości 1000-3000 om / cm ² dla kapilarnej pial a od 2000 do 8000 0m / cm2 dla domiąższową włosowatych mózgu. Dla porównania: średnia wartość śródmózgomórkowej oporności elektrycznej naczyń włosowatych mięśni szkieletowych wynosi tylko 20 Ω / cm2.

Przepuszczalność bariery krew-mózg dla większości substancji zależy w dużej mierze od ich właściwości, a także od zdolności neuronów do syntetyzowania tych substancji w ich postaci własnej. Substancje, które mogą pokonać tę barierę to przede wszystkim tlen i dwutlenek węgla, a także różne jony metali, glukoza, niezbędne aminokwasy i kwasy tłuszczowe niezbędne do normalnego funkcjonowania mózgu. Transport glukozy i witamin odbywa się za pomocą wektorów. Jednocześnie D- i L-glukoza mają różne stopnie przenikania przez barierę - w pierwszym jest ponad 100 razy wyższa. Glukoza odgrywa ważną rolę zarówno w metabolizmie energetycznym mózgu, jak iw syntezie wielu aminokwasów i białek.

Głównym czynnikiem determinującym funkcjonowanie bariery krew-mózg jest poziom metabolizmu komórek nerwowych.

Dostarczanie neuronów z niezbędnymi substancjami odbywa się nie tylko przy pomocy odpowiednich naczyń włosowatych, ale również dzięki procesom miękkich i pajęczynochłonnych skorup, nad którymi krąży płyn mózgowo-rdzeniowy. Płyn mózgowo-rdzeniowy znajduje się w jamie czaszki, w komorach mózgu oraz w przestrzeniach między błonami mózgu. U ludzi jego objętość wynosi około 100-150 ml. Z powodu płynu mózgowo-rdzeniowego utrzymuje się równowaga osmotyczna komórek nerwowych i usuwa się produkty metaboliczne toksyczne dla tkanki nerwowej.

Sposoby wymiany mediatorów i rola bariery krew-mózg w metabolizmie (na: Shepherd, 1987) 

Przejście substancji przez barierę krew-mózg zależy nie tylko od przepuszczalności ścian naczyniowych (masa cząsteczkowa, ładunek i lipofilność substancji), ale także od obecności lub braku aktywnego systemu transportu.

Stereospecyficzny, niezależny od insuliny transporter glukozy (GLUT-1), który zapewnia transfer tej substancji przez barierę krew-mózg, jest bogaty w komórki śródbłonka naczyń włosowatych mózgu. Aktywność tego transportera może zapewnić dostarczanie glukozy w ilości 2-3 razy większej od wymaganej przez mózg w normalnych warunkach.

Charakterystyka systemów transportowych bariery krew-mózg (za: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Połączenia transportowe	Pierwotne podłoże	Km, mM	Vmax nmol / min * g
Heksozy	Glukoza	9	1600
Kwasy monokarboksylowe	Mleczan	1.9	120
Neutralne aminokwasy	Fenyloalanina	0.12	30
Podstawowe aminokwasy	Lysin	0.10	6
Amina	Cholina	0,22	6
Purynki	Adenina	0,027	1
Nukleozydy	Adenozyna	0,018	0,7

U dzieci z zaburzeniami funkcjonowania tego transportera obserwuje się znaczny spadek poziomu glukozy w płynie mózgowo-rdzeniowym i zaburzenie w rozwoju i funkcjonowaniu mózgu.

Kwasy monokarboksylowe (L-mleczan, octan, pirogronian), a także ciałka ketonowe są transportowane przez oddzielne układy stereospecyficzne. Chociaż intensywność ich transportu jest mniejsza niż transport glukozy, są one ważnym substratem metabolicznym u noworodków i na czczo.

Transport choliny do ośrodkowego układu nerwowego odbywa się również za pośrednictwem nośnika i może być regulowany przez szybkość syntezy acetylocholiny w układzie nerwowym.

Witaminy nie są syntetyzowane przez mózg i są dostarczane z krwi za pomocą specjalnych systemów transportu. Pomimo tego, że te systemy mają stosunkowo niską aktywność transportową, w normalnych warunkach mogą zapewnić transport niezbędnej ilości witamin dla mózgu, ale ich niedobór w żywności może prowadzić do zaburzeń neurologicznych. Niektóre białka osocza mogą również przenikać przez barierę krew-mózg. Jednym ze sposobów ich penetracji jest transcytoza, w której pośredniczą receptory. W ten sposób insulina, transferyna, wazopresyna i insulinopodobny czynnik wzrostu przenikają przez barierę. Komórki śródbłonka naczyń włosowatych mózgu mają specyficzne receptory dla tych białek i są zdolne do przeprowadzenia endocytozy kompleksu białkowo-receptorowego. Ważne jest, że w wyniku kolejnych zdarzeń kompleks ulega rozpadowi, nienaruszone białko może zostać uwolnione po przeciwnej stronie komórki, a receptor zostaje ponownie wbudowany w błonę. W przypadku białek polikationowych i lektyn metodą penetracji przez BBB jest również transcytoza, ale nie jest ona związana z działaniem określonych receptorów.

Wiele neuroprzekaźników obecnych we krwi nie jest w stanie przeniknąć przez BBB. Tak więc, dopamina nie ma tej zdolności, podczas gdy L-Dopa przenika przez BBB przy użyciu układu transportu neutralnego aminokwasu. Dodatkowo, komórki kapilarne zawierają enzymy metabolizujące neurotransmiterów (cholinoesterazy, transaminazy GABA aminopeptydazę et al.), Leki i substancje toksyczne, co nie tylko zapewnia ochronę w mózgu neuroprzekaźników z krwi krążącej, ale także na toksyny.

GEB uczestniczy również w białkach nośnikowych, które transportują substancje z komórek śródbłonka naczyń włosowatych do krwi, zapobiegając ich przenikaniu do mózgu, na przykład, b-glikoproteiny.

W trakcie ontogenezy zmienia się znacznie prędkość transportu różnych substancji przez BBB. Tak więc prędkość transportu b-hydroksymaślanu, tryptofanu, adeniny, choliny i glukozy u noworodków jest znacznie wyższa niż u dorosłych. Odzwierciedla to względnie wyższą potrzebę rozwoju mózgu w substratach energetycznych i wielkocząsteczkowych.

[1], [2], [3], [4], [5]