Гистогематический и гематоэнцефалический барьеры мозга. Что такое гематоэнцефалический барьер? Какие препараты проникать через гэб

Обходя гематоэнцефалический барьер

Гистогематический и гематоэнцефалический барьеры мозга. Что такое гематоэнцефалический барьер? Какие препараты проникать через гэб

Все большее количество заболеваний ученые объясняют нарушением функций гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Его патологическая проницаемость развивается практически при всех видах патологии ЦНС.

С другой же стороны, для обеспечения проникновения некоторых препаратов в мозг преодоление ГЭБ становится первоочередной задачей.

Методики, позволяющие целенаправленно преодолевать защитный барьер между кровеносным руслом и мозговыми структурами, могут дать существенный толчок в терапии множества заболеваний.

В одном из своих знаменитых экспериментов с красителями ныне всем известный ученый Пауль Эрлих обнаружил в конце XIX века интересный феномен, который занимает умы ученых и по сей день: после введения в кровь подопытной мыши органического красителя, наблюдая в микроскоп клетки различных органов, в том числе и клетки, относящиеся к органам центральной нервной системы, Эрлих отметил, что краситель проник во все ткани, за исключением головного мозга. После того, как помощник ученого сделал инъекцию красителя непосредственно в мозг, наблюдаемая в микроскоп картина была прямо противоположна: вещество мозга было окрашено красителем в темный фиолетово-синий цвет, тогда как в клетках других органов красителя обнаружено не было. Из своих наблюдений Эрлих заключил, что между мозгом и системным кровотоком должен существовать некий барьер.

Через полвека после открытия Пауля Эрлиха, с появлением более мощных микроскопов, позволяющих наблюдать объекты с увеличением в 5000 раз большим, чем позволял микроскоп, используемый Эрлихом, удалось действительно идентифицировать гематоэнцефалический барьер.

Он кроется в стенках многокилометровой сети кровеносных сосудов, снабжающей каждую из сотни миллиардов нервных клеток человеческого мозга. Как и все кровеносные сосуды, сосуды головного мозга выстланы изнутри эндотелиальными клетками.

Однако эндотелиоциты, входящие в состав нейроваскулярной единицы головного мозга, прилегают друг к другу плотнее, чем на протяжении остального сосудистого русла. Межклеточные контакты между ними получили название „tight junctions“ (плотные контакты).

Возможность формирования компактного нефенестрированного монослоя, экспрессия высокоспециализированных транспортных молекул и белков клеточной адгезии позволяют эндотелиоцитам поддерживать низкий уровень трансцитоза.

Также эндотелий находится под действием регуляции со стороны перицитов, астроцитов, нейронов и молекул внеклеточного матрикса, что дает понять, что ГЭБ – это не просто слой эндотелиоцитов, а активный орган, включающий в себя разные типы клеток. Такое взаимодействие клеток, обеспечивающее барьерную функцию, препятствуя свободному перемещению жидкостей, макромолекул, ионов, объясняет, почему же ни краситель Пауля Эрлиха, ни некоторые лекарственные препараты не могут проникнуть из крови в ткани мозга.

Еще до того, как наличие ГЭБ стало явственным, врачи и ученые осознавали его значение. И вмешиваться в функционирование этого барьера считалось плохой идеей. Со временем это представление менялось, поскольку ГЭБ оказался высокоактивной структурой.

Клетки с обеих сторон барьера находятся в постоянном контакте, оказывая взаимное влияние друг на друга.

Разнообразные внутриклеточные молекулярные сигнальные пути определяют пропускную способность ГЭБ по отношению к разного типа молекулам (тут хотелось бы вспомнить сигнальный путь Wnt, координирующий множество процессов, связанных с дифференцировкой клеток, участвующий и в поддержании целостности ГЭБ).

Лейкоциты, например, долгое время считавшиеся слишком крупными клетками для проникновения через ГЭБ, на самом деле преодолевают его, осуществляя «иммунологический надзор».

Микроскопическая техника и сами микроскопы и сейчас не останавливаются в развитии, постоянно усложняются и открывают все больше возможностей для визуализации тонко устроенных структур живого организма.

Например, использование двухфотонного микроскопа позволяет наблюдать живую ткань коры головного мозга на глубине около 300 мкм, что и было осуществлено доктором медицинских наук Майкен Недергаард из университета Рочестера. Ею были проведены следующие манипуляции: часть черепа мыши была удалена, затем была произведена инъекция красителя в кровеносное русло, что и позволило наблюдать ГЭБ в действии в реальном времени. Исследовательнице удалось отследить, как отдельные клетки перемещались из кровотока через стенку капилляров – через тот самый слой эндотелиальных клеток, который еще буквально 20 лет назад считался для них непроницаемым.

До того же, как был сконструирован двухфотонный микроскоп, исследователи пользовались классическими методами: например, наблюдали через микроскоп мертвые клетки ткани, что давало не много объяснений касательно функционирования ГЭБ. Ценно же наблюдение работы ГЭБ в динамике.

В ряде экспериментов Недергаард и ее коллеги стимулировали определенную группу нервных клеток, с помощью чего была обнаружена невероятная динамичность ГЭБ: окружающие нейроны кровеносные сосуды расширялись при стимуляции нервных клеток, обеспечивая усиленный приток крови, поскольку стимулируемые нейроны начинали распространять потенциал действия; при снижении раздражающих импульсов сосуды сразу снова сужались. Также при оценке функций ГЭБ важно уделять внимание не только эндотелиоцитам, но и уже упомянутым астроцитам и перицитам, которые окружают сосуды и облегчают взаимодействие между кровью, эндотелием и нейронами. Не стоит недооценивать и циркулирующие вокруг клетки микроглии, поскольку дефекты их функций могут играть не последнюю роль в возникновении нейродегенеративных заболеваний, т.к. в этом случае ослабляется иммунная защита ГЭБ. При гибели эндотелиоцитов – по естественным причинам или вследствие повреждения – в гематоэнцефалическом барьере образуются «бреши», и эндотелиальные клетки не в состоянии сразу же закрыть данный участок, поскольку формирование плотных контактов требует времени. Значит, эндотелиоциты на этом участке должны быть временно замещены каким-то другим типом клеток. И именно клетки микроглии приходят на помощь, восстанавливая барьер, пока эндотелиальные клетки полностью не восстановятся. Это было показано в эксперименте командой доктора Недергаард, когда через 10-20 минут после повреждения капилляра головного мозга мыши лазерными лучами клетки микроглии заполнили повреждение. По этой причине, одна из гипотез, с помощью которой ученые пробуют объяснить возникновение нейродегенеративных заболеваний, – это нарушение функции микроглиальных клеток. Например, роль нарушений ГЭБ подтверждается в развитии атак рассеянного склероза: иммунные клетки в большом количестве мигрируют в ткани мозга, запуская синтез антител, атакующих миелин, вследствие чего разрушается миелиновая оболочка аксонов.

Патологическая проницаемость ГЭБ также играет роль в возникновении и течении эпилепсии. Уже достаточно давно известно, что эпилептические припадки связаны с преходящим нарушением целостности ГЭБ.

Правда, до недавнего времени считалось, что это последствие приступов эпилепсии, а не причина. Но с получением новых результатов исследований эта точка зрения постепенно изменилась.

Например, по данным лаборатории университета Амстердама, частота припадков у крыс повышалась соответственно открытию ГЭБ. Чем более выраженным было нарушение барьера, тем более вероятно у животных развивалась височная форма эпилепсии.

С этими данными коррелируют также результаты, полученные в Кливлендской клинике (США) при проведении испытаний на свиньях, а также на примере людей: в обоих случаях судорожные припадки происходили после открытия ГЭБ, но никогда — до этого.

Также ученые занимаются и взаимосвязью функционирования ГЭБ с болезнью Альцгеймера. К примеру, удалось идентифицировать два белка ГЭБ, которые, вероятно, играют роль в развитии данного заболевания.

Один из этих белков – RAGE – опосредует проникновение молекул бета-амилоида из крови в ткань головного мозга, а другой – LRP1 – транспортирует их наружу. Если равновесие в деятельности этих белков нарушается, формируются характерные амилоидные бляшки.

И хотя применение этих знаний для терапии еще только в будущем, есть дающие надежды результаты: на модели мышей удается предотвратить отложение бета-амилоида, заблокировав ген, ответственный за синтез RAGE-белков в эндотелиальных клетках.

Возможно, препараты, блокирующие белок RAGE, работа над созданием которых уже ведется, будут иметь сходный эффект и у человека.

Помимо проблемы восстановления целостности ГЭБ, другая проблема, связанная с его функционированием – это, как уже было сказано, переправление лекарственных препаратов через преграду между кровотоком и мозгом. Обмен веществ, осуществляемый через ГЭБ, подчиняется определенным правилам.

Чтобы пересечь барьер, вещество должно либо по массе не превышать 500 кДа (этому параметру соответствует большинство антидепрессивных, антипсихотических и снотворных средств), либо использовать естественные механизмы для перехода ГЭБ, как это делает, например, L-дофа, представляющая собой предшественник дофамина и транспортируемая через ГЭБ специальным переносчиком; либо вещество должно быть липофильным, поскольку аффинитет к жиросодержащим соединениям обеспечивает прохождение через базальную мембрану. 98% препаратов не выполняют и по одному из этих трех критериев, а значит, не могут реализовать свой фармакологический эффект в мозге. Вышеперечисленные критерии технологи безуспешно пытаются реализовать в ходе разработки лекарственных форм. Хотя жирорастворимые формы легко проникают через ГЭБ, некоторые из них тут же снова выводятся обратно в кровоток, другие застревают в толще мембраны, не достигая конечной цели. Кроме того, липофильность не является избирательным свойством мембран ГЭБ, а потому такие препараты могут практически без разбора проходить через мембраны клеток любых органов организма, что тоже, безусловно, минус.

Способы преодоления гемато-энцефалического барьера

Настоящим прорывом стало использование хирургического метода преодоления ГЭБ, разработанного нейрохирургом из Техасского университета в Далласе. Метод заключается во введении гиперосмолярного раствора маннита в ведущую к мозгу артерию.

За счет осмолярного воздействия (количество растворенного вещества в гиперосмолярном растворе маннита превышает таковое внутри эндотелиальных клеток, поэтому, по закону осмоса, вода перемещается в сторону большей концентрации растворенного вещества) эндотелиоциты теряют воду, сморщиваются, плотные контакты между ними разрываются, и образуется временный дефект в ГЭБ, позволяющий вводимым в ту же артерию препаратам проходить в ткань мозга. Такое временное открытие ГЭБ длится от 40 минут до 2-х часов, после чего происходит восстановление эндотелиоцитов и контактов между ними. Такая методика оказывается спасительной для пациентов с диагностированными опухолями головного мозга, когда опухоль хорошо откликается на химиотерапию, но только в том случае, пока химиотерапевтический препарат достигает ткани мозга и накапливается в зоне инфильтрации злокачественных клеток в необходимой концентрации.

Это только один из способов преодоления ГЭБ. Существуют не менее интересные способы, они обзорно представлены на схеме внизу. Надеюсь, ознакомившись с ними, кто-то захочет углубиться в тему, чтобы разобраться в возможностях манипуляций с гематоэнцефалическим барьером и тем, как именно контроль над его функционированием может помочь в борьбе с различными заболеваниями.

Источники:
Engaging neuroscience to advance translational research in brain barrier biology – полный текст статьи, выдержки из которой использовались в посте, об участии ГЭБ в развитии различных заболеваний и способы его преодоленияJ. Interlandi Wege durch die Blut-Hirn-Schranke, Spektrum der Wissenschaft, spezielle Auflage, 2/2016

Blood-Brain Barrier Opening – обзор способов открытия ГЭБ

Эндотелиальные прогениторные клетки в развитии и восстановлении церебрального эндотелия – о формировании и моделировании ГЭБ

Источник: https://old.medach.pro/clinical/pharm/bbb/

Гэб или гематоэнцефалический барьер: его строение и значение

Гистогематический и гематоэнцефалический барьеры мозга. Что такое гематоэнцефалический барьер? Какие препараты проникать через гэб

Ни для кого не является секретом, что организм должен поддерживать постоянство своей внутренней среды, или гомеостаз, затрачивая для этого энергию, иначе он не будет отличаться от неживой природы. Так, кожа защищает наш организм от внешнего мира на органном уровне.

Но оказывается, значение имеют и другие барьеры, которые образуются между кровью и некоторыми тканями. Они называются гистогематическими. Эти барьеры необходимы по различным причинам. Иногда нужно механически ограничить проникновение крови к тканям. Примерами таких барьеров служат:

  • гематоартикулярный барьер – между кровью и суставными поверхностями;
  • гематоофтальмический барьер – между кровью и светопроводящими средами глазного яблока.

Все знают, на своем опыте, что, разделывая мясо видно, что поверхность суставов всегда лишена контакта с кровью. В том случае, если кровь изливается в полость сустава (гемартроз), то она способствует его зарастанию, или анкилозу.

Понятно, почему нужен гематоофтальмический барьер: внутри глаза есть прозрачные среды, например, стекловидное тело. Его задача – как можно меньше поглощать проходящий свет.

В том случае, если не будет этого барьера, то кровь будет проникать в стекловидное тело, и мы будем лишены возможности видеть.

Что такое ГЭБ?

Один из самых интересных и загадочных гистогематических барьеров – это гематоэнцефалический барьер, или преграда между капиллярной кровью и нейронами центральной нервной системы. Говоря современным, информационным языком, между капиллярами и веществом головного мозга существует полностью «защищенное соединение».

Смысл гематоэнцефалического барьера (аббревиатура – ГЭБ), состоит в том, что нейроны не вступают в непосредственный контакт с капиллярной сетью, а взаимодействуют с питающими капиллярами через «посредников». Этими посредниками являются астроциты, или клетки нейроглии.

Нейроглия – это вспомогательная ткань центральной нервной системы, которая выполняет множество функций, например опорную, поддерживая нейроны, и трофическую, питая их. В данном случае, астроциты непосредственно забирают из капилляра все, что нужно нейронам, и передают им. Одновременно они контролируют, чтобы в головной мозг не попали вредные и чужеродные вещества.

Таким образом, через гематоэнцефалический барьер не проходят не только различные токсины, но и многие лекарства, и это составляет предмет исследования современной медицины, поскольку с каждым днем количество препаратов, которые регистрируются для лечения заболеваний головного мозга, а также антибактериальных и противовирусных препаратов, все увеличивается.

Немного истории

Известный врач и микробиолог, Пауль Эрлих, стал мировой знаменитостью, благодаря изобретению сальварсана, или препарата № 606, который стал первым, пусть токсичным, но эффективным препаратом для лечения застарелого сифилиса. Это лекарство содержало мышьяк.

Но Эрлих также очень много экспериментировал с красителями.

Он был уверен, что точно так же, как краситель плотно пристает к ткани (индиго, пурпур, кармин), он пристанет и к болезнетворному микроорганизму, стоит только найти такое вещество.

Конечно, он должен не только прочно фиксироваться на микробной клетке, но и быть смертельным для микробов. Несомненно, «подлил масла в огонь» тот факт, что он женился на дочери известного и зажиточного фабриканта – текстильщика.

И Эрлих начал экспериментировать с различными и очень ядовитыми красками: анилиновыми и трипановыми.

Вскрывая лабораторных животных, он убеждался, что краситель проникает во все органы и ткани, но не имеет возможности диффундировать (проникать) в головной мозг, который оставался бледным.

Вначале его выводы были неверными: он предположил, что просто краситель не окрашивает мозг по причине того, что в нем много жира, и он отталкивает краску.

А затем открытия, предшествующие открытию гематоэнцефалического барьера, посыпались, как из рога изобилия, и сама идея стала постепенно оформляться в умах ученых. Наибольшее значение играли следующие эксперименты:

  • если ввести краситель внутривенно, то максимум, что он способен окрасить – это хориоидальные сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Дальше ему «путь закрыт»;
  • если принудительно ввести краситель в ликвор, выполнив люмбальную пункцию, то мозг окрашивался. Однако, «наружу» из ликвора краситель не попадал, и остальные ткани оставались бесцветными.

После этого совершенно логично было предположено, что ликвор – это жидкость, которая находится «по ту сторону» преграды, главная задача которой – защитить центральную нервную систему.

Впервые термин ГЭБ появился в 1900 году, сто шестнадцать лет назад. В англоязычной медицинской литературе он именуется «blood-brain barrier», а в русском языке название привилось в виде «гематоэнцефалического барьера».

В дальнейшем этот феномен изучался достаточно подробно. Перед второй мировой войной появились данные о том, что есть гематоэнцефалический и гематоликворный барьер, а также есть гематоневральный вариант, который находится не в ЦНС, а расположен в периферических нервах.

Строение и функции барьера

Именно от бесперебойной работы гематоэнцефалического барьера зависит наша жизнь. Ведь наш головной мозг потребляет пятую часть всего количества кислорода и глюкозы, и при этом его вес составляет не 20% всей массы тела, а около 2%, то есть потребление мозгом питательных веществ и кислорода в 10 раз выше среднего арифметического значения.

В отличие, например, от клеток печени, мозг работает только «на кислороде», и аэробный гликолиз – это единственный возможный вариант существования всех без исключения нейронов.

В том случае, если в течение 10-12 секунд питание нейронов прекращается, то человек теряет сознание, а после остановки кровообращения, находясь в состоянии клинической смерти, шансы на полное восстановление функции мозга существуют только на протяжении 5 -6 минут.

Это время увеличивается при сильном охлаждении организма, но при нормальной температуре тела окончательная гибель мозга происходит через 8-10 минут, поэтому только интенсивная деятельность ГЭБ позволяет нам быть «в форме».

Известно, что многие неврологические заболевания развиваются только вследствие того, что нарушена проницаемость гематоэнцефалического барьера, в сторону его повышения.

Мы не будем подробно вдаваться в гистологию и биохимию структур, составляющих барьер. Отметим только лишь, что строение гематоэнцефалического барьера включает в себя особую структуру капилляров. Известны следующие особенности, приводящие к появлению барьера:

  • плотные контакты между эндотелиальными клетками, выстилающими капилляры изнутри.

В других органах и тканях эндотелий капилляров выполнен «небрежно», и между клетками есть большие промежутки, через которые происходит свободный обмен тканевой жидкостью с периваскулярным пространством. Там, где капилляры формируют гематоэнцефалический барьер, клетки эндотелия расположены очень плотно, и герметичность не нарушается;

  • энергетические станции – митохондрии в капиллярах превышает физиологическую потребность в таковых в других местах, поскольку гематоэнцефалический барьер требует больших затрат энергии;
  • высота клеток эндотелия существенно ниже, чем в сосудах другой локализации, а количество транспортных ферментов в цитоплазме клетки значительно выше. Это позволяет отвести большую роль трансмембранному цитоплазматическому транспорту;
  • эндотелий сосудов в своей глубине содержит плотную, скелетообразующую базальную мембрану, к которой снаружи прилегают отростки астроцитов;

Кроме особенностей эндотелия, снаружи от капилляров существуют особые вспомогательные клетки – перициты. Что такое перицит? Это клетка, которая может снаружи регулировать просвет капилляра, а при необходимости может обладать функциями макрофага, к захвату и уничтожению вредных клеток.

Поэтому, еще не дойдя до нейронов, мы можем отметить две линии защиты гематоэнцефалического барьера: первая – это плотные соединения эндотелиоцитов и активный транспорт, а вторая – это макрофагальная активность перицитов.

Далее гематоэнцефалический барьер включает в себя большое количество астроцитов, которые и составляют наибольшую массу этой гистогематической преграды. Это небольшие клетки, которые окружают нейроны, и, по определению их роли, умеют «почти всё».

Они постоянно обмениваются веществами с эндотелием, контролируют сохранность плотных контактов, активность перицитов и просвет капилляров. Кроме того, головному мозгу нужен холестерин, но он не может проникнуть из крови ни в ликвор, ни пройти сквозь гематоэнцефалический барьер. Поэтому астроциты берут на себя его синтез, помимо основных функций.

Кстати, одним из факторов патогенеза рассеянного склероза является нарушение миелинизации дендритов и аксонов. А для образования миелина нужен холестерин. Поэтому роль дисфункции ГЭБ в развитии демиелинизирующих заболеваний является установленной, и в последнее время изучается.

Там, где нет барьеров

А есть ли такие места в центральной нервной системе, где не существует гематоэнцефалического барьера? Казалось бы, это невозможно: столько трудов было приложено к тому, чтобы создать несколько уровней защиты от внешних вредных веществ.

Но, оказывается, в некоторых местах ГЭБ не составляет единую «стену» защиты, а нем имеются отверстия. Они нужны для тех веществ, которые вырабатываются головным мозгом и отправляются на периферию в качестве команд: это гормоны гипофиза. Поэтому есть свободные участки, как раз в зоне гипофиза, и эпифиза.

Они существуют, чтобы гормоны и нейротрансмиттеры могли свободно проникать в кровь.

Существует и другая зона, свободная от ГЭБ, которая находится в районе ромбовидной ямки или дна 4 желудочка головного мозга. Там находится рвотный центр.

Известно, что рвота может возникать не только вследствие механического раздражения задней стенки глотки, но и при наличии токсинов, попавших в кровь.

Поэтому именно в этой области и существуют особые нейроны, которые постоянно производят «мониторинг» качества крови на наличие вредных веществ.

Как только их концентрация достигнет определенной величины, эти нейроны активируются, вызывая чувство тошноты, а затем и рвоту. Справедливости ради нужно сказать, что не всегда рвота связана с концентрацией вредных веществ.

Иногда, при значительном повышении внутричерепного давления (при гидроцефалии, менингитах) рвотный центр активируется вследствие прямого избыточного давления при развитии синдрома внутричерепной гипертензии.

Поэтому развивается так называемая центральная, или мозговая рвота, которая может наступить внезапно, и без всяких признаков тошноты.

Когда нарушается проницаемость

Гематоэнцефалический барьер и его функции могут страдать при многих заболеваниях. Конечно, классическим примером служат инфекции, при которых токсины и бактериальные антигены могут поражать барьер и повышать его проницаемость. Например, это происходит при менингитах и энцефалитах, когда возбудитель определяется в ликворе и на оболочках головного мозга.

Но в этом есть и положительный момент: после нарушения функции барьера сквозь него могут проникать антибактериальные препараты, которые в норме совсем не могут через него проникнуть, и, благодаря этому факту, антибиотики, проникающие через барьер, позволяют эффективно справиться с инфекцией.

Часто нарушается проницаемость при развитии миелинизации – рассеянном склерозе, остром рассеянном энцефаломиелите. Медленно, но неуклонно разрушение функции барьера происходит при сахарном диабете.

Чем дольше время заболевания, и чем выше уровень гликемии, тем больше нарушается барьерная функция.

При этом не так страшно возникновение гипогликемии, которая, хоть и является испытанием голодом для нейронов, быстро заканчивается и не успевает навредить.

Гипергликемия гораздо страшнее, поскольку она может вызвать поражение нервной системы на различных уровнях, например, полинейропатия по типу «носков» и «перчаток» также может развиться при наличии сахарного диабета.

При ишемическом и геморрагическом инсульте также происходит очаговое нарушение барьера, соответствующее развитию перифокальной зоны некроза. Различные опухоли, которые вызывают отек вещества мозга и его компрессию, также способствуют повышению проницаемости сосудов головного мозга.

В заключение нужно сказать, что такой гистогематический барьер, как ГЭБ, является одним из самых совершенных в организме.

Он имеет несколько уровней защиты, снабжается энергией в 10 раз лучше, чем обычные зоны капиллярного газообмена, и позволяет сохранять гомеостаз центральной нервной системы, что дает ей возможность полностью сосредоточиться на управлении витальными функциями и на высшей нервной деятельности.

Погребной Станислав Леонидович, невролог

Оцените эту статью:

Всего : 163

4.47 163

Источник: https://mozgius.ru/stroenie/gematoehncefalicheskij-barer.html

Гематоэнцефалический барьер мозга – гистология, проницаемость, функции

Гистогематический и гематоэнцефалический барьеры мозга. Что такое гематоэнцефалический барьер? Какие препараты проникать через гэб

Гематоэнцефалический барьер разграничивает нервную систему от общего кровотока, обеспечивая постоянную и оптимальную по химическому составу среду для ее функционирования.

Межклеточная жидкость занимает 15 % общего объема мозга и окружает нейроны и нейроглию. Схема межклеточных пространств представлена на рисунке ниже. Секретируемая сосудистыми сплетениями спинномозговая жидкость циркулирует в системе желудочков и субарахноидальном пространстве и через пахионовы грануляции проникает в синусы твердой мозговой оболочки.

Затем спинномозговая жидкость путем пассивного транспорта через выстилающую стенки желудочков эпендимоглиальную мембрану проходит во внеклеточные пространства мозга, где смешивается с межклеточной жидкостью, продуцируемой клетками капилляров, и в процессе клеточного метаболизма распространяется через пиаглиальную мембрану в субарахноидальное пространство. «Стекание» спинномозговой жидкости компенсирует отсутствие лимфатических сосудов в ЦНС.

Единственная составляющая спинномозговой жидкости, которая не проникает через гематоэнцефалический барьер,— метаболическая жидкость. В ее состав входят нейромедиаторы, высвобожденные нейронами и не подвергнувшиеся обратному захвату, что обусловливает наличие неспособных преодолеть гематоэнцефалический барьер медиаторов и их метаболитов в субарахноидальном пространстве.

Межклеточные пространства головного мозга.
Стрелками показаны направления циркуляции спинномозговой жидкости.

Компоненты спинномозговой жидкости распределены следующим образом (по результатам поясничной пункции): • жидкость, продуцированная клетками сосудистых сплетений, — 60 %; • жидкость, продуцированная клетками капилляров, — 30 %;

• метаболическая жидкость — 10%.

(А) Схематическое изображение барьера между кровью и спинномозговой жидкостью. (Б) Ультраструктура эпителия сосудистого сплетения. В эпителиальных клетках расположены множество митохондрий и гранулярная эндоплазматическая сеть.

Клетки соединены плотными контактами в апикальной части.

Гематоэнцефалический барьер состоит из двух компонентов. Первый представлен барьером между кровью и спинномозговой жидкостью на уровне сосудистых сплетений, а второй — барьером между кровью и межклеточной жидкостью на уровне капилляров ЦНС.

а) Барьер между кровью и спинномозговой жидкостью. Барьер между кровью и спинномозговой жидкостью представлен эпендимальным эпителием сосудистых сплетений, который характеризуется следующими особенностями строения. 1.

Практически все реснички замещены микроворсинками. 2. Клетки образуют плотные контакты. Именно эти места плотного соединения мембран клеток разграничивают кровь и спинномозговую жидкость.

3.

Клетки эпителия содержат ферменты, обеспечивающие транспорт ионов и продуктов метаболизма.

б) Барьер между кровью и межклеточной жидкостью. Барьер между кровью и межклеточной жидкостью представлен эндотелием капилляров ЦНС, который характеризуется следующими особенностями строения. 1.

Эндотелиоциты образуют плотные контакты. 2. В состав клеток входит небольшое количество пиноцитозных пузырьков, а также отсутствуют фенестрации.

3.

Транспортные системы в клетках аналогичны таковым в эпителии сосудистых сплетений.

(А) Схема барьера между кровью и межклеточной жидкостью. (Б) Капилляр центральной нервной системы. На поперечном срезе показан одиночный эндотелиоцит, полностью окружающий просвет сосуда.

Края эндотелиоцитов образуют плотный контакт. Эндотелиоцит окружен базальной мембраной. Капилляр окружен отростками астроцитов.

в) Функции перицитов капиллярного русла. Перициты и клетки эндотелия связаны с помощью щелевидных контактов. В ходе исследований культур клеток было достоверно доказано, что перициты играют ключевую роль в ангиогенезе капилляров, а также в формировании и поддержании плотных контактов между эндотелиоцитами.

Перициты принимают участие в саморегуляции мозгового кровотока за счет того, что на их поверхности экспрессируются рецепторы к вазоактивным медиаторам: норадреналину, вазопрессину, ангиотензину II.

При хронической артериальной гипертензии развиваются гипертрофия и гиперплазия перицитов, а также происходит внутриклеточная продукция цитоплазматических сократительных филаментов, что обеспечивает компенсаторное расширение капилляров.

Поверхность клеточной стенки перицитов способна обеспечивать связывание протромбинового комплекса, за счет чего перициты могут принимать участие в процессе свертывания крови.

Кроме того, перициты обладают способностью к фагоцитозу и свойствами иммунорегуляторных цитокинов.

Общая площадь капиллярного русла головного мозга соответствует размерам теннисного корта! Наличие такой огромной поверхности объясняет тот факт, что мозг потребляет 20 % поступающего кислорода. Плотность капилляров коры головного мозга можно оценить на изображении латексного слепк.

г) Функции гематоэнцефалического барьера:

• Контроль проникновения метаболических веществ. Основной источник питания нейронов — глюкоза. При повышении уровня глюкозы в крови специфический белок-переносчик связывает ее, а при низком уровне — обеспечивает более активный захват.

• Контроль транспорта ионов. Nа+/К+-АТФ-аза клеток гематоэнцефалического барьера осуществляет транспорт ионов Na+ в спинномозговую жидкость, а ионов К+ —в кровь.

• Предотвращение поступления в мозг токсических веществ и периферических нейромедиаторов, выделяемых вегетативными нервными окончаниями в системный кровоток.

Латексный слепок сосудов препарата мозга.
Корковые капилляры имеют вид извилистых белесоватых нитей.

д) Состояния, связанные с нарушением гематоэнцефалического барьера:

1. Пациенты с артериальной гипертензией подвержены приступам гипертонической энцефалопатии в связи с тем, что степень повышения давления превосходит компенсаторные способности стенок артериол.

Вследствие такого повышения давления может произойти нарушение плотных межклеточных контактов эндотелия капилляров, что приводит к отеку мозга за счет быстрого выхода плазмы.

Клинически эта ситуация проявляется сильной головной болью, рвотой и, в некоторых случаях, появлением судорог и развитием комы.

2.

У пациентов с повышенным содержанием углекислого газа в крови (при заболеваниях дыхательной или сердечно-сосудистой системы, а также после хирургических вмешательств) причиной отека мозга даже при нормальном уровне артериального давления может стать расслабление мышечного слоя артериол. Данная ситуация клинически проявляется спутанностью сознания и сонливостью, в дальнейшем переходящими в кому.

3. Повреждения мозга (травмы или спонтанные кровоизлияния) приводят к отеку мозга вследствие осмотического повреждения тканей мозга (и других факторов).

4. Инфекционные заболевания мозга или его оболочек сопровождаются нарушением гематоэнцефалического барьера, предположительно из-за усиленного перемещения лейкоцитов в капиллярном русле мозга. Несостоятельность гематоэнцефалического барьера играет и положительную роль: стенки капилляров проницаемы для жирорастворимых антибиотиков.

Кроме того, капилляры опухолей мозга характеризуются наличием фенестраций, что позволяет идентифицировать злокачественное новообразование при помощи рентгеноконтрастного вещества, неспособного пройти через капилляры непораженных отделов мозга.

е) Резюме. Гематоэнцефалический барьер – барьер между кровью и спинномозговой жидкостью представлен эпителием сосудистых сплетений (видоизмененным эпендимным эпителием) желудочков мозга. Барьер между кровью и межклеточной жидкостью представлен эндотелием капилляров мозга.

– Также рекомендуем “Кривая повышения внутричерепного давления”

Редактор: Искандер Милевски. 10.11.2018

Оглавление темы “Кровоснабжение головного мозга.”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/Neurology/gematoencefalicheskii_barier_mozga.html

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ)

Гистогематический и гематоэнцефалический барьеры мозга. Что такое гематоэнцефалический барьер? Какие препараты проникать через гэб

Гомеостаз ликворной системы и, в частности, ликвора поддерживается клеточными системами, которые образуют соответствующие барьеры.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) отождествляют с эндотелиальными клетками мозговых капилляров, а гематоликворный барьер (ГЛБ) — с эпителиальными клетками сосудистых сплетений и арахноидальных мембран. Многие авторы предпочитают термин «гематоэнцефалический барьер», включая в него гематоликворный.

Использование понятия «барьер» всегда требует уточнения состава обмена (вода, электролиты, микромолекулы, аминокислоты и др.).

История изучения гематоэнцефалического барьера

Paul Ehrlich

Изучение ГЭБ началось с работ Ehrlich, который в 1885 году ввел в вену краситель и не наблюдал окрашивание тканей мозга. Затем в 1909 году Goldman наблюдал появление красителя (трипанового синего) после его интратекального введения.

Stern и Cautier в 1921 году ввели термины «гематоэнцефалический барьер» и «гематоликворный барьер». В последнее время этой проблеме посвящается большое количество работ.

Fichman в 1980 году дает морфологическую, физиологическую и биохимическую характеристику ГЭБ.

  1. Морфологическая характеристика:
    1. Наличие здоровых контактов между капиллярными эндотелиальными клетками.
    2. Наличие здоровых контактов между клетками и арахноидальными мембранами.
    3. Глиальные отростки, окружающие капилляры.
    4. Небольшое число пиноцитозных везикул в эндотелиальных клетках.
    5. Многочисленные митохондрии в эндотелиальных клетках.
  2. Физиологическая и биохимическая характеристика:
    1. Характеристика проницаемости эндотелиальных клеток: ограничено проникновение макромолекул и полярных (липидно нерастворимых) веществ, в то время как проникновение липиднорастворимых веществ относительно неограниченно.
    2. Различия осмотического давления наблюдаются только короткое время, то есть осмотическое давление мозга и ликвора варьирует непосредственно с изменениями в плазменном осмотическом давлении.
    3. Существует двусторонний активный транспорт через мембраны и эндотелиальные клетки для ионов, органических кислот, щелочей, которые стабилизируют состав ликвора и экстрацеллюлярной мозговой жидкости.

Проницаемость гематоэнцефалического барьера

Не для всех видов молекул гематоэнцефалический барьер проницаем одинаково. Это доказано при интравенозном введении металлофермента пероксидазы хрена (М 43000), сахарозы (М 360), инсулина (М 5000) и альбумина (М 69000). Межклеточные уплотненные контакты не пропускают пероксидазы хрена.

Проницаемость перечисленных выше веществ почти обратно пропорциональна их молекулярной массе. Относительно высокое содержание альбумина по сравнению с гамма-глобулином в ликворе можно объяснить действием диффузии и везикулярного транспорта. Если эти белки переносятся только путем везикулярного транспорта, то масса молекулы не должна была бы иметь значения.

Поэтому Раппопорт допускает существование двух видов транспорта белковых молекул:

  • пиноцитоз для молекул размером 25 нм;
  • диффузия и ультрафильтрация через клеточные поры для молекул размером 11 нм, то есть мелкомолекулярных белков.

Таким образом, проницаемость плазматического вещества в ликвор зависит от:

  • перечисленных выше особенностей ГЭБ по Fishman;
  • липидорастворимости, то есть является молекула полярной или нет;
  • ионизированности вещества;
  • молекулярной массы молекулы;
  • гидродинамического радиуса молекулы (радиус Stokes-Enstein);
  • способности образования комплексов с другими протеинами, гликопротеинами, липидами, неорганическими веществами и др.;
  • концентрация плазмы и плазмоликворного градиента.

Низкая концентрация белков в ликворе обусловлена свойством гематоэнцефалического барьера не пропускать некоторые макромолекулы. Таким образом, ГЭБ в отношении белков действует как сито. Однако концентрация некоторых белков (преальбумина, трансферрина и др.) выше той, которую следовало бы ожидать, принимая во внимание массу молекул и концентрацию плазмы.

Гематоэнцефалический барьер отражает время эквилибрирования отдельных соединений между двумя сравниваемыми жидкостями: кровь и ликвор. Алкоголь и вода свободно проникают через ГЭБ, соответственно 97 и 93 %.

Двуокись углерода и кислород вследствие хорошей растворимости в липидах, быстро проникают через гематоэнцефалический барьер, в то время как растворимые в воде полярные соединения (например, ионы бикарбонатов) с трудом проходят через него, если отсутствуют специальные для них транспортные системы.

Соединение части ионов кальция и магния с альбуминами плазмы объясняет, почему в ликвор проникают только ионизированные соединения и значительно ограничено проникновение связанных с белками фракций.

Состояние гематоэнцефалического барьера имеет значение для проникновения и задержания данного лекарства. Множество факторов (степень ионизации, pH среды, размер и пространственная конфигурация молекул и т.д.) в значительной степени определяют его проходимость.

Растворимый в липидах эфир, хлороформ и алкоголь быстро проникают через ГЭБ, тогда как ионизированные полярные лекарства почти не проникают. Лекарства, которые являются кислотами или щелочами, обнаруживаются в плазме в ионизированной и неионизированной форме в различных пропорциях. Процентное содержание каждой из этих форм зависит от pH крови и константы диссоциации лекарства.

При pH крови 7,40 и ликвора 7,32 гематоэнцефалический барьер легко пропускает слабые щелочи. Очень высокая концентрация последних в ликворе увеличивает содержание слабых кислот в крови. Например, пенициллин плохо проникает в ликвор даже в высоких терапевтических дозах из-за плохой растворимости в липидах.

После соединения с альбумином плазмы пенициллин активно транспортируется через сплетения. Это в известной степени действительно и для метотрексата, долго действующих барбитуратов и других препаратов.

В заключение можно сказать, что гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и ликвор являются системой, которая поддерживает гомеостаз в ЦНС. Облегчает проникновение в нее необходимых веществ, и задерживает токсины ненужных метаболитов.

Источник: http://NewVrach.ru/gematoencefalicheskij-barer-geb.html

МедНаука
Добавить комментарий