Blood-brain barrier

Blod-hjärnbarriären är extremt viktig för upprätthållandet av hjärnhomostas, men många frågor om dess bildning är fortfarande inte fullständigt förstådda. Men redan nu är det helt klart att BBB är den mest uttalade på differentieringen, komplexiteten och densiteten hos den histohematologiska barriären. Dess huvudsakliga strukturella och funktionella enhet är endotelcellerna i hjärnans kapillärer.

Hjärnans metabolism, som inget annat organ, beror på ämnen som kommer in i blodomloppet. Många blodkärl som tillhandahåller nervsystemet verkar av det faktum att processen för penetrering av ämnen genom deras väggar är selektiv. Endotelceller i hjärnans kapillärer är kopplade med kontinuerliga kontinuerliga kontakter, så ämnen kan bara passera genom cellerna själva, men inte mellan dem. Glialceller, den andra komponenten i blod-hjärnbarriären, adhereras till kapillärernas yttre yta. I de vaskulära plexuserna i hjärnans ventrikel är epitelcellerna, även ihopkopplad, den anatomiska grunden för barriären. Närvarande, är blod-hjärnbarriären inte betraktas som anatomiska och morfologisk och funktionell som en formation i stånd att selektivt passera, och i vissa fall och levereras till de nervceller med hjälp av aktiva transportmekanismer till olika molekyler. Sålunda utför barriären reglerande och skyddande funktioner

I hjärnan finns det strukturer där blod-hjärnbarriären försvagas. Detta, framför allt, hypotalamus, samt ett antal formationer vid botten av 3: e och 4: e ventriklar - den bakre rutan (area postrema), subfornikala subkomissuralny och organ, samt tallkottkörteln. Integriteten hos BBB störs av ischemiska och inflammatoriska lesioner i hjärnan.

Blod-hjärnbarriären anses vara slutligen bildad när egenskaperna hos dessa celler uppfyller två betingelser. För det första bör hastigheten för vätskefasendocytos (pinocytos) i dem vara extremt låg. För det andra måste specifika täta kontakter bildas mellan cellerna, för vilka ett mycket högt elektriskt motstånd är karakteristiskt. Den når värden på 1000-3000 Ω / cm ² för kapillärerna i det mjuka dura materet och från 2000 till 8000 0m / cm2 för intraparenkymala cerebrala kapillärer. Som jämförelse: medelvärdet av det transendoteliala elektriska motståndet hos skelettmuskelens kapillärer är endast 20 ohm / cm2.

Genomskinligheten av blod-hjärnbarriären för de flesta ämnen bestäms i stor utsträckning av deras egenskaper, liksom av neurons förmåga att syntetisera dessa substanser på egen hand. De ämnen som kan övervinna denna barriär inkluderar för det första syre och koldioxid, liksom olika metalljoner, glukos, essentiella aminosyror och fettsyror som är nödvändiga för hjärnans normala funktion. Transport av glukos och vitaminer utförs med hjälp av vektorer. Samtidigt har D- och L-glukos olika penetrationsgrad genom barriären - i det första är det mer än 100 gånger högre. Glukos spelar en viktig roll i både energiomsättningen i hjärnan och i syntesen av ett antal aminosyror och proteiner.

Den ledande faktorn som bestämmer funktionen av blod-hjärnbarriären är nivån hos metabolismen av nervceller.

Neuroner är försedda med nödvändiga ämnen, inte bara med hjälp av lämpliga blodkarillärer, utan också med processerna hos de mjuka och arachnoida skalen, över vilka cerebrospinalvätskan cirkulerar. Cerebrospinalvätska ligger i hålets hålighet, i hjärnans ventrikel och i mellanrummen mellan hjärnans membran. Hos människor är dess volym ca 100-150 ml. På grund av cerebrospinalvätskan upprätthålls den osmotiska balansen i nervcellerna och metaboliska produkter som är giftiga för nervvävnaden avlägsnas.

Vägarna för metabolismbyte och rollen av blod-hjärnbarriären i ämnesomsättningen (på: Shepherd, 1987) 

Övergången av ämnen genom blod-hjärnbarriären beror inte bara på permeabiliteten för kärlväggen (molekylvikten, laddningen och lipofiliteten hos substansen) utan också på närvaron eller frånvaron av ett aktivt transportsystem.

Stereospecifik insulinoberoende glukostransportör (GLUT-1), som ger överföringen av detta ämne genom blod-hjärnbarriären, är rik på endotelceller i hjärnans kapillärer. Aktiviteten hos denna transportör kan säkerställa leveransen av glukos i en mängd 2-3 gånger det som krävs av hjärnan under normala förhållanden.

Karakteristik av transportsystemen i blod-hjärnbarriären (efter: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Transportabla anslutningar	Primär substrat	Km, mM	Vmax nmol / min * g
Hexoser	Glukos	9	1600
mono-karbonsyra	Laktat	1,9	120
Neutrala aminosyror	Fenylalanin	0,12	30
Grundläggande aminosyror	Lysin	0,10	6
Murder	Blanda	0,22	6
Puriner	Adenin	0027	1
Nukleosider	Adenosin	0018	0,7

Hos barn med störning av denna transportörs funktion är det en signifikant minskning av glukosnivån i cerebrospinalvätskan och en störning i hjärnans utveckling och funktion.

Monokarboxylsyror (L-laktat, acetat, pyruvat) såväl som ketonkroppar transporteras genom separata stereospecifika system. Trots att transportens intensitet är lägre än glukostransporten, är de ett viktigt metaboliskt substrat hos nyfödda och i fastande.

Transport av kolin till centrala nervsystemet medieras också av bäraren och kan regleras av synteshastigheten av acetylkolin i nervsystemet.

Vitaminer syntetiseras inte av hjärnan och levereras från blodet med hjälp av speciella transportsystem. Trots det faktum att dessa system har relativt låg transportaktivitet kan de under normala förhållanden ge transporten av den mängd vitaminer som är nödvändiga för hjärnan, men deras brist i mat kan leda till neurologiska störningar. Vissa plasmaproteiner kan också tränga in i blod-hjärnbarriären. Ett av sätten för deras penetration är transcytos, medierad av receptorer. Så här tränger insulin, transferrin, vasopressin och insulinliknande tillväxtfaktor in i barriären. Endotelceller i hjärnans kapillärer har specifika receptorer för dessa proteiner och kan utföra endocytos av protein-receptorkomplexet. Det är viktigt att som ett resultat av efterföljande händelser komplexet sönderdelas kan intakt protein frisättas på motsatt sida av cellen och receptorn återinbäddas i membranet. För polykationiska proteiner och lektiner är penetrationsmetoden genom BBB också transcytos, men den är inte associerad med operationen av specifika receptorer.

Många neurotransmittorer som finns i blodet kan inte penetrera BBB. Således inte dopamin inte har denna förmåga, medan L-Dopa tränger igenom BBB via neutral aminosyra transportsystemet. Dessutom kapillära celler innehåller enzymer metaboliserar neurotransmittorer (kolinesteras, GABA-transaminas aminopeptidas et al.), Narkotika och giftiga ämnen, som ger inte bara skydd av hjärnan från blodet cirkulerande neurotransmittorer, utan även på toxiner.

GEB deltar även i bärarproteiner som transporterar ämnen från endotelcellerna i hjärnans kapillärer till blodet, förhindrar deras penetrering i hjärnan, exempelvis b-glykoproteinet.

Under ontogeni förändras transporthastigheten hos olika substanser genom BBB väsentligt. Således är transporthastigheten för b-hydroxibutyrat, tryptofan, adenin, kolin och glukos hos nyfödda signifikant högre än hos vuxna. Detta återspeglar det relativt högre behovet hos den utvecklande hjärnan i energi och makromolekylära substrat.

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