Гематоенцефалічний бар'єр

Гематоенцефалічний бар'єр виключно важливий для забезпечення гомеостазу головного мозку, однак багато питань, що стосуються його формування, все ще остаточно не з'ясовані. Але вже зараз зрозуміло, що гематоенцефалічний бар'єр є максимально виражений по диференційованості, складності та щільності гістогематичні бар'єр. Основна структурна і функціональна його одиниця - ендотеліальні клітини капілярів мозку.

Метаболізм мозку, як будь-якого іншого органу, залежить від речовин, що надходять з кровотоком. Численні кровоносні судини, що забезпечують роботу нервової системи, відрізняються тим, що процес проникнення речовин через їх стінки є виборчим. Ендотеліальні клітини капілярів головного мозку з'єднані між собою безперервними щільними контактами, тому речовини можуть проходити тільки через самі клітини, але не між ними. До зовнішньої поверхні капілярів прилягають клітини глії - другого компонента гематоенцефалічного бар'єру. У судинних сплетеннях шлуночків мозку анатомічної основою бар'єра є епітеліальні клітини, також щільно з'єднані між собою. В даний час гематоенцефалічний бар'єр розглядається не як анатомо-морфологічний, а як функціональне утворення, здатне вибірково пропускати, а в ряді випадків і доставляти до нервових клітин за допомогою активних механізмів транспорту різні молекули. Таким чином, бар'єр виконує регуляторну та захисну функції

У головному мозку є структури, в яких гематоенцефалічний бар'єр ослаблений. Це, перш за все, гіпоталамус, а також ряд утворень на дні 3-го і 4-го шлуночків - саме заднє поле (area postrema), субфорнікальний і субкоміссуральний органи, а також шишковидне тіло. Цілісність гематоенцефалічний бар'єр порушується при ішемічних та запальних ураженнях мозку.

Гематоенцефалічний бар'єр вважається остаточно сформованим, коли властивості цих клітин будуть задовольняти двом умовам. По-перше, швидкість жидкофазного ендоцитозу (пиноцитоза) в них повинна бути вкрай низькою. По-друге, між клітинами повинні формуватися специфічні щільні контакти, для яких характерне дуже високий електричний опір. Воно досягає величин 1000-3000 Ом / см ² для капілярів м'якої мозкової оболонки і от 2000 до 8000 0м / см2 для інтрапаренхімальних мозкових капілярів. Для порівняння: середня величина трансендотеліальную електричного опору капілярів скелетного м'яза становить всього 20 Ом / см2.

Проникність гематоенцефалічного бар'єру для більшості речовин в значній мірі визначається їх властивостями, а також здатністю нейронів синтезувати ці речовини самостійно. До речовин, які можуть долати цей бар'єр, відносяться, перш за все, кисень і вуглекислий газ, а також різні іони металів, глюкоза, незамінні амінокислоти і жирні кислоти, необхідні для нормального функціонування мозку. Транспорт глюкози і вітамінів здійснюється з використанням переносників. Разом з тим D- і L-глюкоза володіють різною швидкістю проникнення через бар'єр - у першій вона більш ніж в 100 разів вище. Глюкоза грає головну роль як в енергетичному обміні мозку, так і в синтезі ряду амінокислот і білків.

Провідним чинником, що визначає функціонування гематоенцефалічного бар'єру, є рівень метаболізму нервових клітин.

Забезпечення нейронів необхідними речовинами здійснюється не тільки за допомогою відповідних до них кровоносних капілярів, але і завдяки відростках м'якою і павутинною оболонок, по яких циркулює цереброспінальна рідина. Цереброспинальная рідина знаходиться в порожнині черепа, в шлуночках мозку і просторах між оболонками мозку. У людини її обсяг становить близько 100-150 мл. Завдяки цереброспинальной рідини підтримується осмотичний рівновагу нервових клітин і видаляються продукти метаболізму, токсичні для нервової тканини.

Шляхи обміну медіаторів та роль гематоенцефалічного бар'єру в обміні речовин (по: Шеперд, 1987) 

Проходження речовин через гематоенцефалічний бар'єр залежить не тільки від проникності для них судинної стінки (молекулярної маси, заряду і ліпофільності речовини), але також і від наявності або відсутності системи активного транспорту.

Стереоспеціфічность інсуліннезалежним транспортером глюкози (GLUT-1), що забезпечує перенесення цієї речовини через гематоенцефалічний бар'єр, багаті ендотеліальні клітини капілярів мозку. Активність даного транспортера може забезпечити доставку глюкози в кількості, в 2-3 рази перевищує те, яке потрібно мозку в нормальних умовах.

Характеристика транспортних систем гематоенцефалічного бар'єру (по: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Транспортуються з'єднання	Переважний субстрат	Кm, мМ	Vmax нмоль / хв * г
Гексози	Глюкоза	9	1600
Монокарбонові кислоти	Лактат	1,9	120
Нейтральні амінокислоти	Фенілаланін	0,12	30
Основні амінокислоти	Лізин	0,10	6
Амін	Холин	0,22	6
Пурини	Аденін	0,027	1
Нуклеозиди	Аденозин	0,018	0,7

У дітей з порушенням функціонування цього транспортера відзначається значне зниження рівня глюкози в цереброспинальной рідини і порушення в розвитку і роботі мозку.

Монокарбонові кислоти (L-лактат, ацетат, піруват), а також кетонові тіла транспортуються окремими стереоспеціфічность системами. Хоча інтенсивність їх транспорту нижче, ніж транспорту глюкози, вони є важливим метаболічним субстратом у новонароджених і при голодуванні.

Транспорт холіну в центральну нервову систему також опосередковується переносником і може регулюватися швидкістю синтезу ацетилхоліну в нервовій системі.

Вітаміни мозком не синтезуються і поставляються з крові за допомогою спеціальних транспортних систем. Незважаючи на те що ці системи мають порівняно низькою транспортної активністю, в нормальних умовах вони можуть забезпечувати транспорт необхідного для мозку кількості вітамінів, проте їх дефіцит в їжі здатний приводити до неврологічних розладів. Деякі білки плазми також можуть проникати через гематоенцефалічний бар'єр. Одним із способів їх проникнення є трансцитозу, опосередкований рецепторами. Саме так проникають через бар'єр інсулін, трансферин, вазопресин і інсулінподобного фактор росту. Ендотеліальні клітини капілярів мозку мають специфічні рецептори до цих білків і здатні здійснювати ендоцитоз білок-рецепторного комплексу. Важливо, що в результаті подальших подій комплекс розпадається, інтактний білок може виділятися на протилежному боці клітини, а рецептор знову вбудовуватися в мембрану. Для полікатіонних білків і лектинів способом проникнення через гематоенцефалічний бар'єр також є трансцитозу, однак він не пов'язаний з роботою специфічних рецепторів.

Багато нейромедіатори, присутні в крові, не здатні проникати через гематоенцефалічний бар'єр. Так, дофамін не володіє цією здатністю, в той час як L-ДОФА проникає через гематоенцефалічний бар'єр за допомогою системи транспорту нейтральних амінокислот. Крім того, клітини капілярів містять ферменти, що метаболізують нейромедіатори (холінестераза, ГАМК-трансаминаза, амінопептидази і ін.), Лікарські та токсичні речовини, що забезпечує захист мозку не тільки від циркулюючих в крові нейромедіаторів, а й від токсинів.

В роботі гематоенцефалічний бар'єр беруть участь також білки-переносники, які здійснюють транспорт речовин з ендотеліальних клітин капілярів головного мозку в кров, перешкоджаючи їх проникненню в мозок, наприклад b-гликопротеид.

В ході онтогенезу швидкість транспорту різних речовин через гематоенцефалічний бар'єр істотно змінюється. Так, швидкість транспорту b-гидроксибутирата, триптофану, аденіну, холіну, а також глюкози у новонароджених істотно вище, ніж у дорослих. Це відображає відносно вищу потреба мозку, що розвивається в енергії і макромолекулярних субстратах.

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