Εμπλοκή αίματος-εγκεφάλου

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη διατήρηση της ομοιόστασης του εγκεφάλου, αλλά πολλά ερωτήματα σχετικά με το σχηματισμό του δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητά. Αλλά ήδη τώρα είναι απολύτως σαφές ότι το BBB είναι το πιο έντονο για τη διαφοροποίηση, την πολυπλοκότητα και την πυκνότητα του ιστοαιματολογικού φραγμού. Η κύρια δομική και λειτουργική της μονάδα είναι τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου.

Ο μεταβολισμός του εγκεφάλου, όπως και κανένα άλλο όργανο, εξαρτάται από τις ουσίες που εισέρχονται με την κυκλοφορία του αίματος. Πολυάριθμα αιμοφόρα αγγεία που παρέχουν την εργασία του νευρικού συστήματος διακρίνονται από το γεγονός ότι η διαδικασία διείσδυσης ουσιών μέσω των τοίχων τους είναι επιλεκτική. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών του εγκεφάλου συνδέονται με συνεχείς συνεχείς επαφές, έτσι ώστε οι ουσίες να μπορούν να διέλθουν μόνο μέσω των ίδιων των κυττάρων, αλλά όχι μεταξύ τους. Τα γλοιακά κύτταρα, το δεύτερο συστατικό του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, προσκολλώνται στην εξωτερική επιφάνεια των τριχοειδών αγγείων. Στα αγγειακά πλέγματα των κοιλιών του εγκεφάλου, η ανατομική βάση του φραγμού είναι τα επιθηλιακά κύτταρα, επίσης στενά συνδεδεμένα. Επί του παρόντος, το φράγμα αίματος-εγκεφάλου δεν θεωρείται ως ανατομικά και μορφολογικά και λειτουργικά ως σχηματισμός σε θέση να περάσει επιλεκτικά, και σε ορισμένες περιπτώσεις και παραδίδεται στα νευρικά κύτταρα μέσω ενεργών μηχανισμών μεταφοράς για διάφορα μόρια. Έτσι, ο φραγμός εκτελεί ρυθμιστικές και προστατευτικές λειτουργίες

Στον εγκέφαλο υπάρχουν δομές στις οποίες εξασθενεί ο φραγμός αίματος-εγκεφάλου. Αυτό, πάνω απ 'όλα, ο υποθάλαμος, καθώς και μια σειρά από σχηματισμούς στο κάτω μέρος του 3ου και 4ου κοιλίες - το πίσω παράθυρο (έσχατης πτέρυγας περιοχή), ψαλίδα subkomissuralny και φορέων, καθώς και την επίφυση. Η ακεραιότητα του ΒΒΒ διαταράσσεται από ισχαιμικές και φλεγμονώδεις αλλοιώσεις του εγκεφάλου.

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός θεωρείται ότι τελικά σχηματίζεται όταν οι ιδιότητες αυτών των κυττάρων ικανοποιούν δύο συνθήκες. Πρώτον, ο ρυθμός ενδοκυττάρωσης υγρής φάσης (pinocytosis) σε αυτά πρέπει να είναι εξαιρετικά χαμηλός. Δεύτερον, πρέπει να σχηματιστούν ειδικές πυκνές επαφές μεταξύ των κυψελών, για τις οποίες είναι χαρακτηριστική μια πολύ υψηλή ηλεκτρική αντίσταση. Φτάνει τιμές των 1000-3000 ohm / cm ² για τριχοειδή χοριοειδή και 2000 με 8000 0m / cm2 για ενδοπαρεγχυματική τριχοειδή του εγκεφάλου. Για σύγκριση: η μέση τιμή της ηλεκτρολυτικής αντίστασης των τριχοειδών αγγείων των σκελετικών μυών είναι μόνο 20 ohm / cm2.

Η διαπερατότητα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού για τις περισσότερες ουσίες καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητές τους, καθώς και από την ικανότητα των νευρώνων να συνθέτουν αυτές τις ουσίες από μόνοι τους. Ουσίες που μπορούν να ξεπεράσουν το εμπόδιο αυτό είναι κυρίως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα, και διάφορα ιόντα μετάλλων, γλυκόζη, απαραίτητα αμινοξέα και λιπαρά οξέα που απαιτούνται για τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου. Η μεταφορά γλυκόζης και βιταμινών πραγματοποιείται με τη χρήση φορέων. Την ίδια στιγμή, η D- και L-γλυκόζη έχουν διαφορετικούς ρυθμούς διείσδυσης μέσω του φραγμού - στην πρώτη είναι περισσότερο από 100 φορές υψηλότερη. Η γλυκόζη παίζει σημαντικό ρόλο τόσο στον ενεργειακό μεταβολισμό του εγκεφάλου όσο και στη σύνθεση ενός αριθμού αμινοξέων και πρωτεϊνών.

Ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τη λειτουργία του αιματοεγκεφαλικού φραγμού είναι το επίπεδο του μεταβολισμού των νευρικών κυττάρων.

Οι νευρώνες παρέχονται με τις απαραίτητες ουσίες όχι μόνο με τη βοήθεια κατάλληλων αιμοφόρων αγγείων, αλλά και με τις διαδικασίες των μαλακών και αραχνοειδών κελυφών πάνω από τα οποία κυκλοφορεί το εγκεφαλονωτιαίο υγρό. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό βρίσκεται στην κοιλότητα του κρανίου, στις κοιλίες του εγκεφάλου και στους χώρους μεταξύ των μεμβρανών του εγκεφάλου. Στον άνθρωπο, ο όγκος του είναι περίπου 100-150 ml. Λόγω του εγκεφαλονωτιαίου υγρού, διατηρείται η οσμωτική ισορροπία των νευρικών κυττάρων και αφαιρούνται τα μεταβολικά προϊόντα τοξικά στον νευρικό ιστό.

Οι τρόποι ανταλλαγής διαμεσολαβητή και ο ρόλος του αιματοεγκεφαλικού φραγμού στον μεταβολισμό (στο: Shepherd, 1987) 

Η διέλευση ουσιών μέσω του φράγματος αίματος-εγκεφάλου δεν εξαρτάται μόνο από η διαπερατότητα του αγγειακού τοιχώματος είναι (μοριακό βάρος, φορτίο και την λιποφιλικότητα της ουσίας), αλλά επίσης από την παρουσία ή την απουσία των ενεργών συστημάτων μεταφοράς.

Ο στερεοειδικός ανεξάρτητος από την ινσουλίνη μεταφορέας γλυκόζης (GLUT-1), ο οποίος παρέχει τη μεταφορά αυτής της ουσίας μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, είναι πλούσιο σε ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου. Η δραστικότητα αυτού του μεταφορέα μπορεί να εξασφαλίσει τη χορήγηση γλυκόζης σε ποσότητα 2-3 φορές μεγαλύτερη από εκείνη που απαιτείται από τον εγκέφαλο υπό κανονικές συνθήκες.

Χαρακτηριστικά των συστημάτων μεταφοράς του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (μετά: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Μεταφερόμενες συνδέσεις	Πρωτογενές υπόστρωμα	Km, mM	Vmax nmol / min * g
Εξόξες	Γλυκόζη	9ο	1600
Μονοκαρβοξυλικά οξέα	Λακτόζη	1.9	120
Ουδέτερα αμινοξέα	Φαινυλαλανίνη	0,12	30
Βασικά αμινοξέα	Λυσίνη	0,10	6ο
Αμίν	Χολίν	0,22	6ο
Purines	αδενίνη	0.027	1
Νουκλεοσίδια	Αδενοσίνη	0,018	0.7

Στα παιδιά με τη διακοπή της λειτουργίας αυτού του μεταφορέα παρατηρείται σημαντική μείωση του επιπέδου γλυκόζης στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό και διαταραχή στην ανάπτυξη και λειτουργία του εγκεφάλου.

Τα μονοκαρβοξυλικά οξέα (L-γαλακτικό, οξικό, πυροσταφυλικό) καθώς και τα κετόνια μεταφέρονται με ξεχωριστά στερεοειδικά συστήματα. Αν και η ένταση της μεταφοράς τους είναι χαμηλότερη από τη μεταφορά γλυκόζης, είναι ένα σημαντικό μεταβολικό υπόστρωμα στα νεογνά και στη νηστεία.

Η μεταφορά χολίνης στο κεντρικό νευρικό σύστημα διεγείρεται επίσης από τον φορέα και μπορεί να ρυθμιστεί με το ρυθμό σύνθεσης της ακετυλοχολίνης στο νευρικό σύστημα.

Οι βιταμίνες δεν συντίθενται από τον εγκέφαλο και παρέχονται από το αίμα μέσω ειδικών συστημάτων μεταφοράς. Παρά το γεγονός ότι τα συστήματα αυτά έχουν σχετικά χαμηλή δραστηριότητα μεταφοράς, υπό κανονικές συνθήκες μπορούν να παρέχουν τη μεταφορά της ποσότητας βιταμινών που είναι απαραίτητες για τον εγκέφαλο, αλλά η ανεπάρκεια τους στα τρόφιμα μπορεί να οδηγήσει σε νευρολογικές διαταραχές. Ορισμένες πρωτεΐνες πλάσματος μπορούν επίσης να διεισδύσουν στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Ένας από τους τρόπους διείσδυσής τους είναι η τρανσκύτωση, η οποία προκαλείται από τους υποδοχείς. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η ινσουλίνη, η τρανσφερίνη, η αγγειοπιεστίνη και ο ινσουλινοειδής αυξητικός παράγοντας διεισδύουν στο φράγμα. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου έχουν ειδικούς υποδοχείς για αυτές τις πρωτεΐνες και είναι ικανά να διεξάγουν ενδοκυττάρωση του συμπλόκου πρωτεΐνης-υποδοχέα. Είναι σημαντικό ότι ως αποτέλεσμα των μεταγενέστερων συμβάντων το σύμπλοκο αποσαθρώνεται, η άθικτη πρωτεΐνη μπορεί να απελευθερωθεί στην αντίθετη πλευρά του κυττάρου και ο υποδοχέας επανενσωματώνεται στη μεμβράνη. Για τις πολυκατιονικές πρωτεΐνες και τις λεκτίνες, η μέθοδος διείσδυσης μέσω του ΒΒΒ είναι επίσης η τρανκκύτωση, αλλά δεν συνδέεται με τη λειτουργία συγκεκριμένων υποδοχέων.

Πολλοί νευροδιαβιβαστές που υπάρχουν στο αίμα δεν είναι σε θέση να διεισδύσουν στο BBB. Έτσι, η ντοπαμίνη δεν έχει αυτή την ικανότητα, ενώ το L-Dopa διεισδύει μέσω του ΒΒΒ χρησιμοποιώντας ένα ουδέτερο σύστημα μεταφοράς αμινοξέων. Επιπλέον, τριχοειδή κύτταρα περιέχουν ένζυμα που μεταβολίζουν νευροδιαβιβαστές (χολινεστεράσης, GABA-τρανσαμινάσης αμινοπεπτιδάση et αϊ.), Ναρκωτικά και τοξικές ουσίες, οι οποίες όχι μόνο παρέχει προστασία του εγκεφάλου από το αίμα που κυκλοφορεί νευροδιαβιβαστές, αλλά επίσης και για τις τοξίνες.

Το έργο περιλαμβάνει επίσης τις πρωτεΐνες μεταφορείς που μεταφέρουν ΒΒΒ μεταφορά των ουσιών από τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου στο αίμα, αποτρέποντας τη διείσδυση τους στον εγκέφαλο, όπως β-γλυκοπρωτεΐνη.

Κατά τη διάρκεια της οντογένειας, η ταχύτητα μεταφοράς διαφόρων ουσιών μέσω του ΒΒΒ μεταβάλλεται σημαντικά. Έτσι, η ταχύτητα μεταφοράς του β-υδροξυβουτυρικού άλατος, της τρυπτοφάνης, της αδενίνης, της χολίνης και της γλυκόζης στα νεογνά είναι σημαντικά υψηλότερη από ό, τι στους ενήλικες. Αυτό αντικατοπτρίζει τη σχετικά υψηλότερη ανάγκη του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου σε ενεργειακά και μακρομοριακά υποστρώματα.

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