Гематоэнцефалический барьер
Мозг является эпицентром электрофизиологической активности. Он объединяет информацию из внешней среды с сигналами из внутренней среды для выполнения определенных действий. Учитывая все специфические процессы, которые происходят на уровне нейронов, крайне важно, чтобы химическая среда, в которой работают эти клетки, имела определенные показатели. Нужно, чтобы к нейронам пропускались одни вещества, которые необходимы мозгу, и задерживались другие, которые для него опасны. Это основная функция гематоэнцефалического барьера (сокращенно – ГЭБ).
Что такое гематоэнцефалический барьер?
Согласно медицинскому определению, гематоэнцефалический барьер представляет собой избирательно проницаемую мембрану, регулирующую прохождение множества больших и малых молекул в микросреду нейронов. Это достигается благодаря множеству клеточных транспортных каналов, разбросанных по мембране.
К ним относятся:
переносчики аминокислот
транспортер глюкозы (GLUT-1), лактата и кетонов
переносчики нуклеозидов и нуклеотидов
монокарбоксилатные транспортеры (MCT-1 и MCT-2)
ионные транспортеры (насосы Na+/K+ -АТФазы), которые облегчают транспортировку важных молекул в мозг
Все эти каналы нужны мозгу для получения питательных веществ, строительных материалов и поддержания оптимальной работы нейронов.
История изучения ГЭБ
Впервые о ГЭБ стало известно после работ П. Эрлиха, изучавшего проникновение красителей в ткани.
Он отметил в экспериментах с животными, что при введении краски в кровь, структуры мозга не окрашиваются. А при введении краски в спинномозговой канал – окрашивание происходит, но краска не попадает в кровь и ткани тела. Был сделан логичный вывод – существует некий барьер, который разделяет ликвор и кровь. В 1900 г впервые был использован термин ГЭБ.
В дальнейшем знания о ГЭБ расширились, было определено, что существует барьер и между кровью и ликвором и между плазмой и периферическими нервами.
Структура гематоэнцефалического барьера
Мозг имеет большую сеть артериальных и венозных сосудов, соответственно, приносящих кровь к тканям мозга и отводящих ее. Однако, обмен веществ происходит на уровне капилляров. И внутренняя, и внешняя поверхность сосуда выстланы ключевыми структурами, которые формируют избирательный обмен.
Стенку капилляров образуют особые — эндотелиальные клетки; внутренняя поверхность этих клеток вступает в контакт с циркулирующей кровью и ее составляющими. Внешняя поверхность находится в контакте с непрерывной по окружности базальной мембраной.
Эндотелиальные клетки прикрепляются друг к другу очень плотно. Следовательно, эндотелий функционирует как непроницаемый барьер между просветом капилляра и тканью мозга. Необходимые вещества (вода, глюкоза, кислород, ионы и тд) передаются через специальные каналы. Остальные соединения, которые могут быть опасны, не проникают через гематоэнцефалический барьер.
Неотъемлемыми компонентами в формировании гематоэнцефалического барьера считаются перициты. Они окружают эндотелиальные клетки капилляров и способны сокращаться, чтобы регулировать капиллярный кровоток и количество крови, протекающей через капилляры.
Астроциты - это сильно разветвленные клетки с небольшими телами, обнаруживаемыми как в белом веществе (волокнистые астроциты), так и в сером веществе (протоплазматические астроциты). Их «ножки» окружают поверхность капилляров, помогая осуществлять обмен веществ.
Ключевые функции гематоэнцефалического барьера
Гематоэнцефалический барьер действует как дополнительная граница между циркулирующей кровью и внеклеточным пространством мозга. Барьер является высокоселективным, то есть он позволяет только определенным веществам проникать из кровотока в мозг. Эта функция защищает мозг от токсинов, патогенов и даже циркулирующих нейротрансмиттеров (например, глутамата), который может быть потенциально вредным для нейронов, если их уровень становится слишком высоким. Только вода, определенные газы (например, кислород) и жирорастворимые вещества могут легко диффундировать через барьер (другие необходимые вещества, такие как глюкоза, могут активно транспортироваться через гематоэнцефалический барьер с некоторым усилием).
Особые зоны гематоэнцефалического барьера головного мозга
Есть области мозга, где ГЭБ отсутствует. Эта особенность позволяет областям мозга ощущать и влиять на гомеостатические изменения в системном кровообращении. В результате мозг способен обнаруживать изменения в работе тела и осуществлять необходимые защитные физиологические процессы для смягчения этих действий.
Нарушения гематоэнцефалического барьера
Повреждения головного мозга, вызванные гипертонической энцефалопатией (длительным повышеннымдавлением), эпилептическим статусом или ишемией (длительной нехваткой кислорода), могут привести к нарушениям гематоэнцефалического барьера в течение двух-трех недель. Это разрушение барьера позволит молекулам, которым обычно запрещено контактировать с тканями мозга, попадать в микросреду центральной нервной системы. Одно из предположений о точном механизме, с помощью которого это происходит, состоит в том, что гипертония, ишемия или иные влияния приводят к повреждению эндотелия и последующему разрушению плотных соединений. Неопластические поражения также обеспечивают серьезные поражения гематоэнцефалического барьера. Одним из отличительных признаков опухолей является быстрый ангиогенез (рост сосудов). В случае опухоли мозга, новообразованные сосуды, лишены гематоэнцефалического барьера. Следовательно, участок опухоли также служит точкой входа нейротоксических агентов в нервную ткань.
Проблемы, которые формирует ГЭБ
Хотя ГЭБ – это важный слой защиты между периферическим кровообращением и мозгом, в определенных ситуациях проблематично, что доступ к мозгу является настолько ограниченным. Например, в редком случае, когда есть инфекция головного мозга, барьер очень затрудняет доставку противомикробных препаратов в мозг.
В этом случае возможно применение Глиатилина. Он проникает через ГЭБ и обладает способностью восстанавливать холинергическую систему мозга, нормализуя работу мозга.
