Blod-hjärnbarriären

Blod-hjärnbarriären är oerhört viktig för att säkerställa hjärnans homeostas, men många frågor kring dess bildning har ännu inte helt klarlagts. Men det är redan klart att BBB är den mest differentierade, komplexa och täta histohematiska barriären. Dess huvudsakliga strukturella och funktionella enhet är endotelcellerna i hjärnkapillärerna.

Hjärnans ämnesomsättning, som inget annat organ, är beroende av ämnen som kommer in i blodomloppet. Många blodkärl som säkerställer nervsystemets funktion kännetecknas av att processen för ämnens penetration genom deras väggar är selektiv. Endotelcellerna i hjärnans kapillärer är sammankopplade med varandra genom kontinuerliga, täta kontakter, så ämnen kan bara passera genom cellerna själva, men inte mellan dem. Gliaceller, den andra komponenten i blod-hjärnbarriären, ligger intill kapillärernas yttre yta. I hjärnans ventriklars vaskulära plexus är den anatomiska basen för barriären epitelceller, som också är tätt sammankopplade med varandra. För närvarande betraktas blod-hjärnbarriären inte som en anatomisk och morfologisk, utan som en funktionell formation som kan selektivt passera, och i vissa fall leverera, olika molekyler till nervceller med hjälp av aktiva transportmekanismer. Således utför barriären reglerande och skyddande funktioner.

Det finns strukturer i hjärnan där blod-hjärnbarriären är försvagad. Dessa är främst hypotalamus, såväl som ett antal strukturer längst ner i 3:e och 4:e kammaren - det mest posteriora fältet (area postrema), de subforniska och subkommissurala organen samt tallkottkörteln. Hjärnhjärnans integritet störs vid ischemiska och inflammatoriska hjärnskador.

Blod-hjärnbarriären anses vara fullt bildad när dessa cellers egenskaper uppfyller två villkor. För det första måste hastigheten för vätskefasendocytos (pinocytos) i dem vara extremt låg. För det andra måste specifika täta förbindelser bildas mellan cellerna, vilka kännetecknas av mycket hög elektrisk resistans. Den når värden på 1000-3000 Ohm/cm2 ^för kapillärer i pia mater och från 2000 till 8000 m/cm2 för intraparenkymala cerebrala kapillärer. Som jämförelse: det genomsnittliga värdet för transendotelial elektrisk resistans i skelettmuskelkapillärer är endast 20 Ohm/cm2.

Blod-hjärnbarriärens permeabilitet för de flesta ämnen bestäms till stor del av deras egenskaper, såväl som neuronernas förmåga att syntetisera dessa ämnen självständigt. Ämnen som kan övervinna denna barriär inkluderar först och främst syre och koldioxid, samt olika metalljoner, glukos, essentiella aminosyror och fettsyror som är nödvändiga för normal hjärnfunktion. Glukos och vitaminer transporteras med hjälp av bärare. Samtidigt har D- och L-glukos olika penetrationshastigheter genom barriären - den förra är mer än 100 gånger högre. Glukos spelar en viktig roll både i hjärnans energimetabolism och i syntesen av ett antal aminosyror och proteiner.

Den viktigaste faktorn som avgör blod-hjärnbarriärens funktion är nervcellernas metabolism.

Försörjningen av neuroner med nödvändiga ämnen sker inte bara med hjälp av blodkapillärer som närmar sig dem, utan också tack vare processerna i de mjuka och araknoidala membranen, genom vilka cerebrospinalvätskan cirkulerar. Cerebrospinalvätskan finns i kranialhålan, i hjärnans ventriklar och i utrymmena mellan hjärnmembranen. Hos människor är dess volym cirka 100-150 ml. Tack vare cerebrospinalvätskan upprätthålls den osmotiska balansen i nervcellerna och metaboliska produkter som är giftiga för nervvävnaden avlägsnas.

Vägar för mediatorutbyte och blod-hjärnbarriärens roll i metabolismen (enligt: Shepherd, 1987) 

Passagen av ämnen genom blod-hjärnbarriären beror inte bara på kärlväggens permeabilitet för dem (substansens molekylvikt, laddning och lipofilicitet), utan också på närvaron eller frånvaron av ett aktivt transportsystem.

Den stereospecifika insulinoberoende glukostransportören (GLUT-1), som säkerställer överföringen av detta ämne över blod-hjärnbarriären, finns rikligt förekommande i endotelceller i hjärnkapillärer. Transportörens aktivitet kan säkerställa leverans av glukos i en mängd som är 2-3 gånger större än vad hjärnan behöver under normala förhållanden.

Egenskaper hos transportsystemen i blod-hjärnbarriären (enligt: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Transportabla förbindelser	Föredraget substrat	Km, mm	Vmax nmol/min*g
Hexoser	Glukos	9	1600
Monokarboxylsyror	Laktat	1.9	120
Neutrala aminosyror	Fenylalanin	0,12	30
Essentiella aminosyror	Lysin	0,10	6
Aminer	Kolin	0,22	6
Puriner	Adenin	0,027	1
Nukleosider	Adenosin	0,018	0,7

Barn med nedsatt funktion av denna transportör upplever en signifikant minskning av glukosnivån i cerebrospinalvätskan och störningar i hjärnans utveckling och funktion.

Monokarboxylsyror (L-laktat, acetat, pyruvat) och ketonkroppar transporteras via separata stereospecifika system. Även om deras transportintensitet är lägre än glukos, är de ett viktigt metaboliskt substrat hos nyfödda och under svält.

Kolintransport till centrala nervsystemet medieras också av transportören och kan regleras av hastigheten för acetylkolinsyntesen i nervsystemet.

Vitaminer syntetiseras inte av hjärnan utan tillförs från blodet med hjälp av speciella transportsystem. Trots att dessa system har en relativt låg transportaktivitet kan de under normala förhållanden säkerställa transport av den mängd vitaminer som hjärnan behöver, men brist på dem i näring kan leda till neurologiska störningar. Vissa plasmaproteiner kan också penetrera blod-hjärnbarriären. Ett av sätten att penetrera dem är receptormedierad transcytos. Det är så insulin, transferrin, vasopressin och insulinliknande tillväxtfaktor penetrerar barriären. Endotelceller i hjärnkapillärer har specifika receptorer för dessa proteiner och kan endocytera protein-receptorkomplexet. Det är viktigt att komplexet sönderfaller som ett resultat av efterföljande händelser, det intakta proteinet kan frigöras på motsatt sida av cellen och receptorn kan återigen integreras i membranet. För polykatjoniska proteiner och lektiner är transcytos också ett sätt att penetrera blod-hjärnbarriären, men det är inte associerat med specifika receptorers arbete.

Många neurotransmittorer som finns i blodet kan inte penetrera BBB. Dopamin har således inte denna förmåga, medan L-DOPA penetrerar BBB med hjälp av det neutrala aminosyratransportsystemet. Dessutom innehåller kapillärceller enzymer som metaboliserar neurotransmittorer (kolinesteras, GABA-transaminas, aminopeptidaser, etc.), läkemedel och giftiga ämnen, vilket säkerställer skyddet av hjärnan inte bara från neurotransmittorer som cirkulerar i blodet, utan även från gifter.

BBB:s arbete involverar också bärarproteiner som transporterar ämnen från endotelcellerna i hjärnkapillärerna till blodet, vilket förhindrar deras penetration i hjärnan, till exempel b-glykoprotein.

Under ontogenesen förändras transporthastigheten för olika ämnen genom BBB avsevärt. Således är transporthastigheten för b-hydroxibutyrat, tryptofan, adenin, kolin och glukos hos nyfödda betydligt högre än hos vuxna. Detta återspeglar det relativt högre behovet av energi och makromolekylära substrat hos den utvecklande hjärnan.

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