Кръвно-мозъчната бариера, нейната структура и значение. Характеристики на морфологичната структура. Използването на BBB във фармакологията

Хистохематична бариера -това е набор от морфологични структури, физиологични и физико-химични механизми, които функционират като едно цяло и регулират потока на веществата между кръвта и органите.

Хистохематичните бариери участват в поддържането на хомеостазата на организма и отделни тела. Поради наличието на хистохематични бариери, всеки орган живее в своя собствена специална среда, която може да се различава значително от състава на отделните съставки. Особено силни бариери съществуват между мозъка, кръвта и тъканта на половите жлези, кръвта и влагата в камерите на окото, кръвта на майката и плода.

Хистохематичните бариери на различните органи имат както различия, така и редица Общи чертисгради. Директният контакт с кръвта във всички органи има бариерен слой, образуван от ендотела на кръвоносните капиляри. В допълнение, структурите на HGB са базалната мембрана ( среден слой) и адвентициални клетки на органи и тъкани (външен слой). Хистохематични бариери, променящи тяхната пропускливост за различни веществаможе да ограничи или улесни тяхното доставяне до органа. За номер токсични веществате са непроницаеми, което проявява тяхната защитна функция.

Най-важните механизми, които осигуряват функционирането на хистохематологичните бариери, се разглеждат допълнително на примера на кръвно-мозъчната бариера, наличието и свойствата на които лекарят особено често трябва да вземе предвид при прилагането лекарстваи различни ефекти върху тялото.

Кръвно-мозъчна бариера

Кръвно-мозъчна бариерае набор от морфологични структури, физиологични и физико-химични механизми, които функционират като едно цяло и регулират потока на веществата между кръвта и мозъчната тъкан.

Морфологичната основа на кръвно-мозъчната бариера е ендотелът и базалната мембрана на мозъчните капиляри, интерстициални елементи и гликокаликс, невроглия астроцити, покриващи цялата повърхност на капилярите с краката си. Движението на веществата през кръвно-мозъчната бариера включва транспортните системи на ендотела на капилярните стени, включително везикуларен транспорт на вещества (пино- и екзоцитоза), транспорт през канали с или без участието на протеини-носители, ензимни системи, които модифицират или да унищожи входящите вещества. Вече беше споменато, че в нервна тъканфункционират специализирани водни транспортни системи, които използват аквапоринови протеини AQP1 и AQP4. Последните образуват водни канали, които регулират образуването на цереброспинална течност и обмена на вода между кръвта и мозъчната тъкан.

Мозъчните капиляри се различават от капилярите в други органи по това, че ендотелните клетки образуват непрекъсната стена. В точките на контакт външните слоеве на ендотелните клетки се сливат, образувайки така наречените "тесни връзки".

Кръвно-мозъчната бариера изпълнява защитни и регулаторни функции за мозъка.Предпазва мозъка от действието на редица вещества, образувани в други тъкани, чужди и токсични вещества, участва в транспорта на вещества от кръвта към мозъка и е важен участник в механизмите на хомеостазата. интерстициална течностмозък и алкохол.

Кръвно-мозъчната бариера е селективно пропусклива за различни вещества. Някои биологично активни вещества, като катехоламини, практически не преминават през тази бариера. Единствените изключения са малки участъци от бариерата на границата с хипофизната жлеза, епифизната жлеза и някои области, където пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера за много вещества е висока. В тези области са открити канали и междуендотелни пролуки, проникващи в ендотела, през които вещества от кръвта проникват в извънклетъчната течност на мозъчната тъкан или в самите тях. Високата пропускливост на кръвно-мозъчната бариера в тези области позволява на биологично активните вещества (цитокини) да достигнат до онези неврони на хипоталамуса и жлезистите клетки, върху които се затваря регулаторната верига на невроендокринните системи на тялото.

Характерна особеност на функционирането на кръвно-мозъчната бариера е възможността за промяна на нейната пропускливост за редица вещества в различни условия. По този начин кръвно-мозъчната бариера е в състояние, чрез регулиране на пропускливостта, да промени връзката между кръвта и мозъка. Регулирането се осъществява чрез промяна на броя на отворените капиляри, скоростта на кръвния поток, промените в пропускливостта на клетъчните мембрани, състоянието междуклетъчно вещество, активност на клетъчните ензимни системи, пино- и екзоцитоза. Пропускливостта на BBB може да бъде значително нарушена при условия на исхемия на мозъчната тъкан, инфекция, развитие на възпалителни процеси в нервната система и нейното травматично увреждане.

Смята се, че кръвно-мозъчната бариера, създавайки значителна пречка за проникването на много вещества от кръвта в мозъка, в същото време добре пропуска същите вещества, образувани в мозъка в обратна посока - от мозъка в кръвта.

Пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера за различни вещества е много различна. Мастноразтворимите вещества са склонни да преминават BBB по-лесно от водоразтворимите вещества.. Лесно пропуска кислород въглероден двуокис, никотин, етанол, хероин, мастноразтворими антибиотици ( хлорамфениколи т.н.)

Липидно-неразтворима глюкоза и някои незаменими аминокиселинине може да премине в мозъка чрез проста дифузия. Въглехидратите се разпознават и транспортират от специални транспортери GLUT1 и GLUT3. Тази транспортна система е толкова специфична, че прави разлика между стереоизомерите на D- и L-глюкозата: D-глюкозата се транспортира, но L-глюкозата не. Транспортът на глюкоза в мозъчната тъкан е нечувствителен към инсулин, но се инхибира от цитохалазин В.

Носителите участват в транспортирането на неутрални аминокиселини (например фенилаланин). За преноса на редица вещества се използват активни транспортни механизми. Например, поради активен транспорт срещу концентрационни градиенти, се транспортират Na +, K + йони, аминокиселината глицин, която действа като инхибиторен медиатор.

По този начин преносът на вещества с помощта на различни механизми се извършва не само през плазмени мембрани, но и чрез структури биологични бариери. Изследването на тези механизми е необходимо, за да се разбере същността на регулаторните процеси в организма.

Невроглията се подразделя на макроглия и микроглия. Макроглиалните клетки - астроцити, олигодендроцити и епендимоцити изпълняват важни функции в нервната система.

Олигодендроцитиобразуват месести (миелинови) обвивки около нервните влакна (фиг. 59). Олигодендроцитите също обграждат невроните от всички страни и осигуряват хранене и екскреция за тях.

астроцитиизвършвам поддържаща функция, запълване на пространството между невроните, както и заместване на мъртвите нервни клетки. Невронът обикновено завършва в аксоните на много други нервни клетки, всички от които са изолирани една от друга чрез астроцити. Астроцитите много често завършват с израстъците си върху кръвоносните съдове, образувайки така наречените съдови стъбла (фиг. 60) и участващи в образуването на кръвно-мозъчната бариера. Астроцитите също са способни да унищожават микроби и вредни вещества.

Епендимоцитиса епителни клетки, покриващи кухините на вентрикулите на мозъка. Един процес на епендимоцит достига кръвоносния съд. Смята се, че епендимоцитите са медиатори между кръвоносния съд и кухината на мозъчните вентрикули, изпълнени с цереброспинална течност.

клетъчен източник микроглияслужат като менинги, стена кръвоносни съдовеи хориоидеявентрикули на мозъка. Микроглиалните клетки могат да се движат. Те извършват улавяне и последваща обработка на микроби, чужди вещества, които са влезли в тялото, както и мъртви елементи на мозъка. Натрупвания на микроглиални клетки често се наблюдават в близост до зони на увредена медула.

Невроглиалните клетки играят важна роля в осъществяването на бариерата между кръвта и мозъка, т.нар. кръвно-мозъчна бариера. Не всички вещества, които влизат в кръвта, могат да проникнат в мозъка. Те се задържат от кръвно-мозъчната бариера, която предпазва мозъка от навлизането на различни вредни за него вещества от кръвта, както и много бактерии. При изпълнение на бариерни функции, наред с др структурни образуванияучастват астроцити. Съдовите крака на астроцитите обграждат от всички страни кръвоносен капиляр, плътно свързани помежду си.

Ако по някаква причина кръвно-мозъчната бариера е нарушена, тогава микроби или ненужни вещества могат да навлязат в мозъка и на първо място в цереброспиналната течност. Цереброспинална,или гръбначно-мозъчна течност, или алкохоле вътрешната среда на мозъка, която го поддържа състав на солтаучаства в храненето на мозъчните клетки и отстраняването на продуктите от разпадането им. Той също така поддържа вътречерепното налягане, представлява хидравлична възглавница на мозъка, която предпазва нервните клетки от увреждане при ходене, бягане, скачане и други движения.

Цереброспиналната течност изпълва вентрикулите на мозъка, централния канал на гръбначния мозък, пространствата между мембраните на мозъка и гръбначния мозък. Постоянно циркулира. Нарушаването на кръвообращението му води до нарушения на централната нервна система. Количеството цереброспинална течност при възрастен е 120-150 ml. Основното място на образуването му са хориоиден плексусвентрикули на мозъка. Цереброспиналната течност се обновява 3-7 пъти на ден. В него липсват ензими и имунни тела, съдържа не голям бройлимфоцити. Има по-малко протеини от кръвта и почти същото съдържание на минерални соли като кръвта.

Много вещества, които са в кръвта или са изкуствено въведени в кръвта, изобщо не навлизат в цереброспиналната течност и съответно в мозъчните клетки. Кръвно-мозъчната бариера е практически непроницаема за мнозина биологично активни веществакръв: адреналин, ацетилхолин, серотонин, гама-аминомаслена киселина, инсулин, тироксин и др. Също така не е много пропусклив за много антибиотици, като пеницилин, тетрациклин, стрептомицин. Следователно, някои лекарства, като много антибиотици, за лечение на гръбначния мозък или мозъчните неврони трябва да се инжектират директно в цереброспиналната течност, пробивайки мембраните на гръбначния мозък. В същото време вещества като алкохол, хлороформ, морфин, тетаничен токсин лесно проникват през кръвно-мозъчната бариера в цереброспиналната течност и бързо действат върху мозъчните неврони.

Пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера се регулира от централната нервна система. Благодарение на това мозъкът може до известна степен да регулира собствените си функционално състояние. В допълнение, в някои области на мозъка кръвно-мозъчната бариера е слабо изразена. В тези области капилярите не са напълно заобиколени от астроцити и невроните могат директно да контактуват с капилярите. Кръвно-мозъчната бариера е слабо изразена в хипоталамуса, епифизната жлеза, неврохипофизата, на границата на продълговатия и гръбначния мозък. Високата пропускливост на бариерата в тези области на мозъка позволява на ЦНС да получава информация за състава на кръвта и гръбначно-мозъчна течност, а също така гарантира, че неврохормоните, секретирани в централната нервна система, навлизат в кръвния поток.

5.6. Мембранен потенциал на нервните клетки

1. Въведение 2

2. Характеристики на морфологичната структура 4

3. Функции на кръвно-мозъчната бариера 5

4.Транспорт на вещества през кръвно-мозъчната бариера 7

4.1 Междуклетъчен транспорт 7

4.2 Тубулна пропускливост 7

4.3 Свободна дифузия 8

4.4 Улеснена дифузия 9

4.5 Активен транспорт 10

4.6 Везикуларен транспорт 11

5. Области на мозъка без кръвно-мозъчната бариера 13

6. Увреждане на кръвно-мозъчната бариера 14

7. Пропускливост на кръвно-мозъчната бариера за антибактериални лекарства 17

8. Хематоликворна бариера 18

Литература 19

1. Въведение

Организмът на човека и висшите животни има редица специфични физиологични системи, които осигуряват адаптация (адаптация) към постоянно променящите се условия на съществуване. Този процес е тясно свързан с необходимостта от поддържане на постоянството на основните физиологични параметри, вътрешна средаорганизъм, физико-химичен състав на тъканната течност на междуклетъчното пространство.

Сред хомеостатичните адаптивни механизми, предназначени да предпазват органите и тъканите от чужди вещества и да регулират постоянството на състава на тъканната междуклетъчна течност, водещо място заема кръвно-мозъчната бариера.

Терминът "кръвно-мозъчна бариера" е предложен от LS Stern и R. Gauthier през 1921 г. Кръвно-мозъчната бариера (BBB) ​​принадлежи към броя на вътрешните или хисто-хематогенните бариери, които директно разделят хранителната среда на отделните органи от универсалната вътрешна среда – кръвта. BBB е сложен физиологичен механизъм, разположен в централната нервна система на границата между кръвта и нервната тъкан и регулира потока на вещества, циркулиращи в кръвта от кръвта в цереброспиналната течност и нервната тъкан. BBB участва в регулирането на състава на цереброспиналната течност (CSF) (Agadzhanyan N.A., Torshin, V.I., 2001).

Основните разпоредби на BBB подчертават следното:

Кръвно-мозъчната бариера е най не е анатомично образувание, но функционално понятие, което характеризира определен физиологичен механизъм;

Проникването на вещества в мозъка се осъществява главно не през CSF пътищата, а през кръвоносна системана капилярно ниво - нервна клетка;

Както всеки физиологичен механизъм, съществуващ в тялото, кръвно-мозъчната бариера е под регулаторното влияние на нервната и хуморалната система;

Сред факторите, контролиращи кръвно-мозъчната бариера, водещ е нивото на активност и метаболизъм на нервната тъкан.

1. Характеристики на морфологичната структура

Мозъчните капиляри се различават по това, че ендотелните клетки нямат нито пори, нито фенестри. Съседните клетки са плочки, насложени една върху друга. Крайните пластини са разположени в областта на клетъчните съединения. Базалната мембрана има трислойна структура и съдържа малко перицити. Основната разлика между тази структура е наличието на глиални елементи, разположени между кръвоносния съд и неврона. Процесите на астроцитите образуват нещо като обвивка около капиляра, което изключва проникването на вещества в мозъчната тъкан, заобикаляйки глиалните елементи. Има периневронални глиоцити, които са в близък контакт с невроните. Съставът на BBB включва извънклетъчно пространство, изпълнено с основното аморфно вещество от въглехидратно-протеинова природа (мукополизахариди и мукопротеини).

1. Функции на кръвно-мозъчната бариера

Кръвно-мозъчната бариера регулира проникването на биологично активни вещества, метаболити, химикали от кръвта в мозъка, засягайки чувствителните структури на мозъка, предотвратява навлизането на чужди вещества, микроорганизми и токсини в мозъка.

Основната функция, която характеризира кръвно-мозъчната бариера, е пропускливостта на клетъчната стена. Необходимото ниво на физиологична пропускливост, адекватно на функционалното състояние на тялото, определя динамиката на потока от физиологично активни вещества в нервните клетки на мозъка.

Функционалната схема на кръвно-мозъчната бариера включва, наред с хисто-хематичната бариера, невроглията и системата от пространства на цереброспиналната течност (Rosin Ya. A. 2000). Хистохематичната бариера има двойна функция: регулаторна и защитна. Регулаторната функция осигурява относителното постоянство на физичните и физико-химичните свойства, химичния състав, физиологичната активност на междуклетъчната среда на органа в зависимост от неговото функционално състояние. Защитната функция на хистохематичната бариера е да предпазва органите от навлизането на чужди или токсични вещества от ендо- и екзогенен характер.

Водещият компонент на морфологичния субстрат на кръвно-мозъчната бариера, който осигурява нейните функции, е стената на мозъчния капиляр. Има два механизма за проникване на вещество в мозъчните клетки: чрез цереброспиналната течност, която служи като междинна връзка между кръвта и нервната или глиалната клетка, която изпълнява хранителна функция (т.нар. път на цереброспиналната течност), и през капилярната стена. При възрастен организъм основният път на движение на вещество в нервните клетки е хематогенен (през стените на капилярите); пътят на цереброспиналната течност става спомагателен, допълнителен.

Пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера зависи от функционалното състояние на организма, съдържанието на медиатори, хормони и йони в кръвта. Увеличаването на концентрацията им в кръвта води до намаляване на пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера за тези вещества.

Функционалната система на кръвно-мозъчната бариера изглежда е важен компонент на неврохуморалната регулация. По-специално, принципът на химическата обратна връзка в тялото се осъществява чрез кръвно-мозъчната бариера. По този начин се осъществява механизмът на хомеостатична регулация на състава на вътрешната среда на тялото.

Регулирането на функциите на кръвно-мозъчната бариера се осъществява от висшите части на централната нервна система и хуморалните фактори. Значителна роля в регулацията се отрежда на хипоталамо-хипофизната надбъбречна система. В неврохуморалната регулация на кръвно-мозъчната бариера важностимат метаболитни процеси, по-специално в мозъчната тъкан. При различни видове церебрална патология, например наранявания, различни възпалителни лезии на мозъчната тъкан, е необходимо изкуствено да се намали нивото на пропускливост на кръвно-мозъчната бариера. Фармакологичните ефекти могат да увеличат или намалят проникването в мозъка на различни вещества, въведени отвън или циркулиращи в кръвта (Pokrovsky V.M., Korotko G.F., 2003).

1. Пренос на вещества през кръвно-мозъчната бариера

Кръвно-мозъчната бариера не само задържа и не пропуска редица вещества от кръвта в мозъчното вещество, но изпълнява и обратната функция - транспортира веществата, необходими за метаболизма на мозъчната тъкан. Хидрофобните вещества и пептиди навлизат в мозъка или с помощта на специални транспортни системи, или през каналите на клетъчната мембрана. За повечето други вещества е възможна пасивна дифузия.

Има няколко начина на транспортиране на вещества през BBB

4.1 Междуклетъчен транспорт

В капилярите на периферните органи и тъкани транспортът на вещества се осъществява главно чрез фенестрации. съдова стенаи междуклетъчните пространства. Обикновено няма такива празнини между ендотелните клетки на мозъчните съдове. В тази връзка хранителните вещества влизат в мозъка само през клетъчната стена. Водата, глицеролът и уреята могат свободно да дифундират през тесните връзки между ВВВ ендотелните клетки.

4.2 Тубулна пропускливост

Малки полярни вещества, като водни молекули, трудно могат да дифундират през хидрофобните участъци на клетъчната мембрана на ендотелиоцитите. Въпреки това е доказана високата пропускливост на BBB за вода.

В клетъчната мембрана на ендотелиоцита има специални хидрофилни канали - аквапори. В периферния съдов ендотел те се образуват от протеина аквапорин-1 (AQP1), чиято експресия се инхибира от астроцитите в мозъчните съдови клетки. На повърхността на клетъчните мембрани на капилярната мрежа на мозъка присъстват главно аквапорин-4 (AQP4) и аквапорин-9 (AQP9).

Чрез аквапорите се осъществява регулирането на водното съдържание в мозъчното вещество. Те позволяват бърза дифузия на водата както по посока на мозъка, така и по посока на съдовото русло, в зависимост от осмотичния градиент на електролитните концентрации. За глицерол, урея и редица други вещества се образуват собствени канали на повърхността на клетъчните мембрани - акваглицеропорини. В BBB те са представени главно от протеина аквапорин-9, който също образува аквапори.

Процесът на транспортиране на молекули през специализирани канали е по-бърз от активния трансфер с помощта на специални транспортни протеини. В същото време различни биологично активни вещества могат да активират или инактивират транспортните канали, разположени върху клетъчните мембрани.

4.3 Свободна дифузия

Най-простата форма на транспорт през BBB е свободната (или пасивна) дифузия. Може да се осъществи както през клетъчните мембрани на ендотелиоцитите, така и чрез тесни междуклетъчни контакти. За дифузията на веществата движещата сила е разликата в концентрацията. Дифузията на веществата е пропорционална на градиента на концентрация в кръвния поток и мозъчната тъкан. Не изисква разход на клетъчна енергия.

Липофилните структурни елементи на клетъчната мембрана, както и тесните междуклетъчни контакти, намаляват количеството вещества, които могат свободно да дифундират през BBB. Пропускливостта на BBB директно зависи от липофилността на всяко конкретно вещество.

Пропускливостта на BBB също зависи от моларната маса на веществото. Молекули с маса над 500 g/mol не могат да дифундират през BBB. В същото време BBB не е механична бариера, която свободно пропуска по-малките молекули и не пропуска по-големите. Процесът на клетъчна дифузия е динамичен, докато веществата са по-лесни с моларна маса 200 g/mol, отколкото за вещества с 450 g/mol. Колкото по-липофилно и по-малко е веществото, толкова по-лесно то дифундира клетъчната мембрана.

Немският биофизик Тройбъл Г. през 1971 г. излага хипотеза за транспортирането на молекули с ниска маса през клетъчната мембрана. Според нея те влизат в клетката през малки пролуки между веригите от мастни киселини на двойния слой на мембраната. Тези празнини са променливи, образуването им не изисква клетъчна енергия. Теорията на Тройбъл е спектроскопски доказана през 1974 г.

Липофилността и ниското молекулно тегло не са гаранция за пропускливост на BBB за всяко конкретно вещество. Високомолекулните съединения (моноклонални антитела, рекомбинантни протеини и други) се задържат от BBB.

4.4 Улеснена дифузия

Улеснената дифузия е специална форма на дифузия през клетъчната мембрана. Редица вещества, необходими за мозъка, като глюкоза и много аминокиселини, са полярни и твърде големи за директна дифузия през клетъчната мембрана. За тях на повърхността на клетъчните мембрани на ендотелиоцитите са разположени специални транспортни системи. Например за глюкозата и аскорбиновата киселина това е транспортерът GLUT-1. Броят им на повърхността, обърната към кухината на съда, е 4 пъти по-голям, отколкото на повърхността, обърната към мозъка.

В допълнение към преносителите на глюкоза, на повърхността на ендотела има много протеинови молекули, които изпълняват подобна функция за други вещества. Например, MCT-1 и MCT-2 са отговорни за транспортирането на лактат, пируват, мевалонова киселина, бутирати и ацетати. SLC-7 транспортира аргинин, лизин и орнитин. В генома на мишката са идентифицирани 307 гена, отговорни за синтеза на SLC протеини, отговорни за улеснената дифузия през клетъчната мембрана на различни вещества.

Транспортьорите могат да извършват пренос на вещества в една или две посоки. За разлика от активния транспорт, улеснената дифузия протича по концентрационен градиент и не изисква разход на клетъчна енергия.

4.5 Активен транспорт

За разлика от пасивния транспорт, който не изисква енергия и върви по концентрационен градиент, активният транспорт се състои в пренос на вещества срещу концентрационен градиент и изисква голям разход на клетъчна енергия, получена от разграждането на АТФ молекулите. С активния транспорт на вещества от кръвния поток до мозъчната тъкан те говорят за приток на вещества (англ. наплив), в обратна посока - за изтичането (англ. изтичане).

BBB съдържа активни транспортери на енкефалин, антидиуретичния хормон, α-енкефалин (DPDPE). Първият идентифициран BBB Efflux транспортер е P-гликопротеин, който е кодиран от MDR1 гена.

Впоследствие те бяха открити, принадлежащи към класа ABC-транспортьори английски. Протеин, свързан с множествена лекарствена резистентност(MRP1), инж. Протеин за устойчивост на рак на гърдата(BCRP), разположени предимно на повърхността, обърната към лумена на съда.

Някои Efflux- и Influx-транспортери са стереоселективни, т.е. пренасят само определен стереоизомер (енантиомер) на определено вещество. Например D-изомерът на аспарагиновата киселина е прекурсор на N-метил-D-аспартат (NMDA), който влияе върху секрецията на различни хормони: лутеинизиращ хормон, тестостерон или окситоцин. L-изомерите на аспарагиновата и глутаминовата киселина са стимулиращи аминокиселини и техният излишък е токсичен за мозъчната тъкан. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%AD%D0%91 - cite_note-153. Ефлукс-транспортер ASCT2 (аланинезерин-цистеин-транспортер) на BBB пренася L-изомера на аспарагиновата киселина в кръвния поток, чието натрупване има токсичен ефект. D-изомерът, необходим за образуването на NMDA, навлиза в мозъка с помощта на други транспортни протеини (EAAT, SLC1A3, SLC1A2, SLC1A6).

В епилептогенната тъкан в ендотела и астроцитите присъства по-голямо количество P-гликопротеинов протеин в сравнение с нормална тъканмозък.

Анионните транспортери (OAT и OATP) също са разположени върху клетъчните мембрани на ендотелиоцитите. Голям брой Efflux-транспортери отстраняват редица вещества от ендотелиоцитите в кръвния поток.

За много молекули все още не е ясно дали се екскретират чрез активен транспорт (с изразходване на клетъчна енергия) или чрез улеснена дифузия.

4.6 Везикулорен транспорт

1. Рецептор-медиирана трансцитоза

Рецепторно-медиираната трансцитоза включва пренос на големи молекули. На повърхността на клетката, обърната към лумена на съда, има специални рецептори за разпознаване и свързване на определени вещества. След контакт на рецептора с целевото вещество, те се свързват, участък от мембраната се инвагинира в клетъчната кухина и се образува вътреклетъчна везикула - везикула. След това се придвижва към повърхността на ендотелната клетка, обърната към нервната тъкан, слива се с нея и освобождава свързаните вещества. По този начин протеинът трансферин от 75,2 kDa, състоящ се от 679 аминокиселини, липопротеини с ниска плътност, от които се образува холестерол, инсулинови пептидни хормони, се прехвърлят в извънклетъчното пространство на мозъка.

1. Трансцитоза, медиирана от абсорбция

Един от подвидовете на везикуларния транспорт. Има "залепване" на редица положително заредени вещества (катиони) към отрицателно заредена клетъчна мембрана, последвано от образуване на везикуларен везикул и прехвърлянето му към противоположната повърхност на клетката. Този вид транспорт се нарича още катионен. Преминава сравнително по-бързо от рецептор-медиираната трансцитоза.

1. Области на мозъка без кръвно-мозъчната бариера

BBB присъства в капилярите на повечето, но не във всички области на мозъка. В 6 анатомични образувания на мозъка няма BBB:

Най-задното поле на ромбовидната ямка (дъното на IV вентрикул) се намира между триъгълника блуждаещ нервс независима фуникула, която го заобикаля и туберкула от тънко ядро

Пинеално тяло

неврохипофиза

Прикрепена плоча - ембрионален остатък от стената на теленцефалона, покриващ горната повърхност на таламуса. Медиално тя изтънява, образува извита плоча - съдова лента.

Субфорникален орган

Подкомиссурално тяло

Тази хистологична характеристика има своето оправдание. Например неврохипофизата отделя в кръвта хормони, които не могат да преминат през BBB, а невроните откриват наличието на токсични вещества в кръвта и стимулират центъра за повръщане. Защитната бариера на мозъчната тъкан в съседство с тези образувания е натрупването на таницити. Те са епендимни клетки с плътни връзки.

1. Увреждане на кръвно-мозъчната бариера

Увреждането на BBB при хората се наблюдава при редица заболявания.

Синдром на дефицит на GLUT-1 протеин

Синдромът на протеинов дефицит на GLUT-1 е рядко автозомно-доминантно наследствено заболяване, при което има нарушение на синтеза на протеина GLUT-1, който е отговорен за пропускливостта на BBB за глюкоза и аскорбинова киселина. Заболяването се проявява в ранна детска възраст. Липсата на глюкоза в мозъчната тъкан причинява развитието на микроцефалия, психомоторни разстройства, атаксия и редица други неврологични разстройства.

Наследствена малабсорбция на фолиева киселина

Наследствената малабсорбция на фолиева киселина е рядко автозомно-рецесивно наследствено заболяване, при което има липса на протеинов синтез, който осигурява пропускливостта на BBB за фолиева киселина.

Диабет

Захарният диабет е заболяване, при което настъпват редица функционални и структурни промени в различни органи и тъкани на тялото. Отбелязват се и значителни промени в BBB, които се проявяват във физикохимично пренареждане на мембраната на ендотелните клетки и плътни връзки между тях.

Множествена склероза

Множествената склероза е хронично прогресиращо заболяване на нервната система, при което има преобладаващо увреждане на протеина. миелин мозъчна тъкан. Мозъчните съдове на здрави хора са непроницаеми за кръвни клетки, включително имунни клетки. При пациенти с множествена склероза активираните Т-лимфоцити мигрират към мозъчния паренхим през BBB, повишава се нивото на провъзпалителните цитокини - g-интерферон, TNF-a, IL-1 и др.; В-лимфоцитите се активират. В резултат на това започват да се синтезират антитела към миелиновия протеин, което води до образуването на огнища на възпалителна демиелинизация.

Исхемичен инсулт

Исхемичният инсулт е остър мозъчно-съдов инцидент, причинен от недостатъчно кръвоснабдяване на областите на централната нервна система. Исхемичният инсулт води до освобождаване на оксиданти, протеолитични ензими и цитокини в мозъчната тъкан, което в крайна сметка причинява развитие на цитотоксичен оток и промени в пропускливостта на BBB. В резултат на това се стартира процесът на трансендотелна миграция на левкоцити в мозъчната тъкан, което причинява увреждане на здравите клетки на нервната тъкан.

Бактериална инфекция на централната нервна система

Само няколко патогенни микроорганизми, влизащи в кръвта, са в състояние да проникнат през BBB. Те включват менингококи (лат. Neisseria meningitidis), някои видове стрептококи - включително пневмококи (лат. пневмокок), Haemophilus influenzae (лат. хемофилус инфлуенце), Listeria, Escherichia coli (лат. Ешерихия коли) и редица други. Всички те могат да се обадят възпалителни променикакто мозъка - енцефалит, така и неговите мембрани - менингит. Точният механизъм на проникване на тези патогени през BBB не е напълно изяснен, но е доказано, че възпалителните процеси засягат този механизъм. По този начин възпалението, причинено от Listeria, може да доведе до факта, че BBB става пропусклив за тези бактерии. Прикрепени към ендотелиоцитите на капилярите на мозъка, Listeria отделят редица липополизахариди и токсини, които от своя страна засягат ВВВ и го правят пропусклив за левкоцитите. Левкоцитите, които са проникнали в мозъчната тъкан, предизвикват възпалителен процес, в резултат на което ВВВ също преминават бактерии.

Пневмококите отделят ензим от групата на хемолизина, който образува пори в ендотела, през които прониква бактериалният агент.

В допълнение към бактериите, някои вируси могат да проникнат през BBB в мозъчната тъкан. Те включват цитомегаловирус, човешки имунодефицитен вирус (HIV) и човешки Т-лимфотропен вирус (HTLV-1).

мозъчни тумори

Интрацеребралните тумори на мозъка (глиобластоми, мозъчни метастази и др.) Отделят редица вещества, които разграждат работата на BBB и нарушават неговата селективна пропускливост. Такова увреждане на кръвно-мозъчната бариера около тумора може да причини вазогенен мозъчен оток.

1. Пропускливост на кръвно-мозъчната бариера за антибактериални лекарства

BBB е селективно пропусклив за различни лекарствени вещества, което се взема предвид в медицината при предписване на лекарства за лечение на заболявания на централната нервна система (ЦНС). Такива лекарства трябва да проникнат в мозъчната тъкан, за да се насочат към клетките. Важно е също така, че при инфекциозни и възпалителни заболявания на централната нервна система пропускливостта на BBB се увеличава и онези вещества, за които обикновено служи като непреодолима бариера, могат да преминат през него. Това важи особено за антибактериалните лекарства.

1. Хемато-ликворна бариера

В допълнение към кръвно-мозъчната бариера има и хемато-ликворна бариера, която ограничава централната нервна система от кръвния поток. Образува се от плътно свързани епителни клетки, покриващи хороидния плексус на мозъчните вентрикули. Хемато-ликворната бариера също играе роля в поддържането на мозъчната хомеостаза. Чрез него витамините, нуклеотидите и глюкозата навлизат в цереброспиналната течност от кръвта в цереброспиналната течност. Общият принос на хемато-ликворната бариера за обменните процеси между мозъка и кръвта е малък. Общата повърхност на хемато-ликворната бариера на хороидните плексуси на вентрикулите на мозъка е приблизително 5000 пъти по-малка от площта на кръвно-мозъчната бариера.

В допълнение към кръвно-мозъчната и хематоликворната бариера в човешкото тяло съществуват хематоплацентарна, хемато-тестикуларна, хемато-гломерулна, хемато-ретинална, хемато-тимусна и хемато-пулмонална бариери.

Литература

Агаджанян Н. А., Торшин В. И., Власова В. М. Основи на човешката физиология - Учебник за студенти, обучаващи се по медицински и биологични специалности. 2-ро издание, преработено. - М .: RUDN, 2001. - 408s.

Покровски В.М., Коротко Г.Ф., Физиология на човека: Учебник - 2-ро изд., преработено. и допълнителни - М .: Медицина, 2003. - 656 s - (Учебна литература за студенти от медицински университети).

За никого не е тайна, че тялото трябва да поддържа постоянството на вътрешната си среда или хомеостазата, изразходвайки енергия за това, в противен случай няма да се различава от неживата природа. И така, кожата защитава тялото ни от външния свят на ниво органи.

Но се оказва, че други бариери, които се образуват между кръвта и някои тъкани, също имат значение. Те се наричат ​​хистохематични. Тези бариери са необходими за различни причини. Понякога е необходимо механично да се ограничи проникването на кръвта в тъканите. Примери за такива бариери са:

• хематоартикуларна бариера - между кръвта и ставните повърхности;

• хематоофталмологична бариера - между кръвта и светлопроводимите среди на очната ябълка.

Всеки знае от собствен опит, че при дълбаене на месо е ясно, че повърхността на ставите винаги е лишена от контакт с кръв. В случай, че кръвта се излива в ставната кухина (хемартроза), това допринася за нейното свръхрастеж или анкилоза. Ясно е защо е необходима кръвно-офталмологична бариера: вътре в окото има прозрачни среди, напр. стъкловидно тяло. Неговата задача е да абсорбира възможно най-малко пропуснатата светлина. В случай, че тази бариера не съществува, тогава кръвта ще проникне в стъкловидното тяло и ние ще бъдем лишени от възможността да видим.

Какво е BBB?

Една от най-интересните и мистериозни кръвно-тъканни бариери е кръвно-мозъчната бариера или бариера между капилярната кръв и невроните на централната нервна система. Говорейки на съвременен информационен език, между капилярите и мозъчното вещество има напълно „сигурна връзка“.

Значението на кръвно-мозъчната бариера (съкращение - BBB) е, че невроните не влизат в пряк контакт с капилярната мрежа, а взаимодействат с захранващите капиляри чрез "посредници". Тези медиатори са астроцити или невроглиални клетки.

Невроглията е спомагателна тъкан на централната нервна система, която изпълнява много функции, като поддръжка, поддържащи неврони и трофични, подхранващи ги. AT този случай, астроцитите директно вземат всичко необходимо на невроните от капиляра и го предават на тях. В същото време контролират в мозъка да не попаднат вредни и чужди вещества.

Така не само различни токсини, но и много лекарства и това е обект на изследване съвременна медицина, тъй като всеки ден броят на лекарствата, които са регистрирани за лечение на мозъчни заболявания, както и антибактериални и антивирусни лекарства, всичко се увеличава.

Малко история

Известният лекар и микробиолог Пол Ерлих стана световно известен благодарение на изобретяването на салварсан или препарат № 606, който стана първият, макар и токсичен, но ефективно лекарствоза лечение на хроничен сифилис. Това лекарство съдържа арсен.

Но Ерлих експериментира много и с багрила. Той беше сигурен, че точно както багрилото прилепва плътно към тъканта (индиго, лилаво, кармин), то ще се придържа към патоген, ако се намери такова вещество. Разбира се, той трябва не само да е здраво фиксиран върху микробната клетка, но и да е смъртоносен за микробите. Несъмнено „масло в огъня“ наля фактът, че той се ожени за дъщерята на известен и богат текстилен производител.

И Ерлих започва да експериментира с различни и много отровни бои: анилин и трипан.

Отваряйки лабораторни животни, той е убеден, че боята прониква във всички органи и тъкани, но не успява да дифундира (проникне) в мозъка, който остава блед.

Първоначално заключенията му бяха погрешни: той предположи, че багрилото само по себе си не оцветява мозъка поради факта, че има много мазнини и отблъсква багрилото.

И тогава откритията, предшестващи откриването на кръвно-мозъчната бариера, заваляха като от рог на изобилието и самата идея започна постепенно да се оформя в главите на учените. Най-висока стойностизиграха следните експерименти:

• ако багрилото се инжектира интравенозно, тогава максимумът, който може да оцвети, е хороидният съдов сплит на вентрикулите на мозъка. Освен това „пътят е затворен за него”;

• ако насила вкарате боята в цереброспиналната течност, като направите лумбална пункция, тогава мозъкът беше оцветен. Багрилото обаче не излезе "навън" от ликьора и останалите тъкани останаха безцветни.

След това съвсем логично се предположи, че алкохолът е течност, която се намира "от другата страна" на бариерата, основната задачакойто е за защита на централната нервна система.

Терминът BBB се появява за първи път през 1900 г., преди сто и шестнадесет години. На английски медицинска литературатя се нарича „кръвно-мозъчна бариера“, а на руски името се вкорени под формата на „кръвно-мозъчна бариера“.

Впоследствие това явление е проучено достатъчно подробно. Преди Втората световна война има данни, че има кръвно-мозъчна и кръвно-ликворна бариера, а има и хематоневрална разновидност, която не се намира в централната нервна система, а се намира в периферните нерви.

Структурата и функциите на преградата

Животът ни зависи от непрекъснатата работа на кръвно-мозъчната бариера. В края на краищата нашият мозък консумира една пета от общото количество кислород и глюкоза и в същото време теглото му не е 20% от общото телесно тегло, а около 2%, тоест консумацията на мозъка хранителни веществаа кислородът е 10 пъти по-висок от средноаритметичното.

За разлика например от чернодробните клетки, мозъкът работи само "на кислород", а аеробната гликолиза е единствената възможен вариантсъществуването на всички неврони без изключение. В случай, че храненето на невроните спре в рамките на 10-12 секунди, тогава човекът губи съзнание и след спиране на кръвообращението е в състояние клинична смърт, шансовете за пълно възстановяванемозъчните функции съществуват само 5-6 минути.

Това време се увеличава при силно охлаждане на тялото, но с нормална температуратяло, окончателната смърт на мозъка настъпва след 8-10 минути, така че само интензивната активност на BBB ни позволява да бъдем "във форма".

Известно е, че мнозина неврологични заболяваниясе развиват само поради факта, че пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера е нарушена, към нейното увеличаване.

Няма да навлизаме в подробности за хистологията и биохимията на структурите, изграждащи бариерата. Отбелязваме само, че структурата на кръвно-мозъчната бариера включва специална структура на капилярите. Известни са следните характеристики, водещи до появата на бариера:

• плътни връзки между ендотелните клетки, покриващи капилярите отвътре.

В други органи и тъкани капилярният ендотел е направен "небрежно" и има големи празнини между клетките, през които има свободен обмен на тъканна течност с периваскуларното пространство. Когато капилярите образуват кръвно-мозъчната бариера, ендотелните клетки са много плътно опаковани и плътността не е компрометирана;

• енергийни станции - митохондриите в капилярите надвишават физиологична нуждав тези на други места, тъй като кръвно-мозъчната бариера изисква голям разход на енергия;

• височината на ендотелните клетки е значително по-ниска, отколкото в съдовете с друга локализация, а броят на транспортните ензими в цитоплазмата на клетката е много по-висок. Това ни позволява да отдадем голяма роля на трансмембранния цитоплазмен транспорт;

• съдовият ендотелиум в дълбочината си съдържа плътна, скелетна базална мембрана, към която отвън прилепват процеси на астроцити;

В допълнение към характеристиките на ендотела, извън капилярите има специални спомагателни клетки - перицити. Какво е перицит? Това е клетка, която може да регулира лумена на капиляра отвън и ако е необходимо, може да има функциите на макрофаг, за да улови и унищожи вредните клетки.

Следователно, преди да стигнем до невроните, можем да видим две линии на защита на кръвно-мозъчната бариера.: първият е тесни връзки на ендотелиоцити и активен транспорт, а вторият е макрофагалната активност на перицитите.

Освен това, кръвно-мозъчната бариера включва голям брой астроцити, които съставляват най-голямата маса на тази хистохематологична бариера. Това са малки клетки, които обграждат невроните и по дефиниция на тяхната роля могат да правят „почти всичко“.

Те непрекъснато обменят вещества с ендотела, контролират безопасността на плътните контакти, активността на перицитите и лумена на капилярите. Освен това мозъкът се нуждае от холестерол, но той не може да проникне от кръвта нито в цереброспиналната течност, нито да премине през кръвно-мозъчната бариера. Следователно астроцитите поемат неговия синтез, в допълнение към основните функции.

Между другото, един от факторите на патогенезата множествена склерозае нарушение на миелинизацията на дендритите и аксоните. Миелинът изисква холестерол, за да се образува. Следователно се установява ролята на дисфункцията на BBB в развитието на демиелинизиращи заболявания и в последно времесе изучава.

Където няма бариери

Има ли места в централната нервна система, където кръвно-мозъчната бариера не съществува? Изглежда, че това е невъзможно: толкова много работа е положена за създаването на няколко нива на защита срещу външни вредни вещества. Но се оказва, че на някои места BBB не представлява нито една „стена“ на защита, а има дупки в нея. Те са необходими за онези вещества, които се произвеждат от мозъка и се изпращат към периферията като команди: това са хормоните на хипофизата. Следователно има свободни зони, само в зоната на хипофизната жлеза и епифизата. Те съществуват, за да позволят на хормоните и невротрансмитерите да навлизат свободно в кръвта.

Има друга зона, свободна от BBB, която се намира в областта на ромбовидната ямка или дъното на 4-та камера на мозъка. Има център за повръщане. Известно е, че повръщането може да възникне не само поради механично дразнене задна стенафаринкса, но и при наличие на токсини, попаднали в кръвта. Следователно в тази област има специални неврони, които постоянно „следят“ качеството на кръвта за наличието на вредни вещества.

Веднага щом концентрацията им достигне определена стойност, тези неврони се активират, причинявайки усещане за гадене и след това повръщане. Честно казано, трябва да се каже, че повръщането не винаги е свързано с концентрацията на вредни вещества. Понякога със значително увеличение вътречерепно налягане(с хидроцефалия, менингит) центърът за повръщане се активира поради директно свръхналягане по време на развитието на синдрома

Човек е зает с наранявания. И само малка част от лезиите са причинени директно от заболявания на централната нервна система.

Поради някои свои особености нервната система е много интересна от гледна точка на науката. Работата е там, че анатомията е изключително трудна за разбиране. Формиране на нейната основа нервни влакнаимат своя собствена структура, различна от другите тъкани на човешкото тяло.

Една от основните характеристики е изключително ниската способност за регенерация. Това не означава, че увредените нерви не се възстановяват, но тяхното възстановяване е много бавно и изисква определени условия.

Друга характеристика на нервната система като цяло и на централната нервна система в частност е кръвно-мозъчната бариера (КМБ).

Не е тайна, че главата и гръбначен мозъкса в специална течност, близка по състав, но различна от нея по съдържанието на различни фракции белтъци и микроелементи. Цереброспиналната (или цереброспиналната) течност се образува от кръвта и лимфата под действието на специален "филтър", ролята на който се изпълнява от кръвно-мозъчната бариера.

Специални клеткис междуендотелни контакти предотвратяват проникването в тази течност. Днес учените не са разбрали напълно как се извършва регулирането на филтриращата способност на бариерата, но е надеждно известно, че нейната пропускателна способност се променя с промените в метаболитната активност на мозъка. В допълнение, кръвно-мозъчната бариера има разлики в различни отделимозък, което обуславя различната му способност да филтрира течности (кръв и лимфа).

Проучванията показват, че някои от веществата проникват през BBB главно от кръвоносните съдове, другата част - от системата, а останалите могат да идват от двете среди с еднаква скорост. Собствената, уникална и неизследвана досега система за саморегулиране на състава на гръбначно-мозъчната течност осигурява доставката на вещества в количеството, от което се нуждае централната нервна система. Това се случва с регулиране на обема на течната част, количеството и състава на протеините, както и състава на постъпващите йони (последните са представени от калий и натрий).

За какво е кръвно-мозъчната бариера?

На първо място, действието му е насочено към създаване на относително изолирана среда за централната нервна система, но също така изпълнява защитна функция, предотвратявайки проникването на бактерии и вируси в цереброспиналната течност от кръвния или лимфния поток. Важно е да се разбере, че в случай на нарушения във функционирането на BBB, последствията ще бъдат много сериозни. Така че бактериите, които са проникнали в цереброспиналната течност, водят до менингит, енцефалит и други възпалителни процеси менингии мозъчните тъкани.

Редица изследвания, проведени от експерти, демонстрират способността за въздействие пропускателна способносткръвно-мозъчна бариера различни лекарства. В допълнение, използваните по-рано лекарствазапочна да се идентифицира тази функция. Днес лекарите са добре запознати с това какви лекарства и как влияят на BBB. Освен това сме се научили да използваме тези свойства в полза на човека.

По този начин кръвно-мозъчната бариера изпълнява редица много значими функциикоито поддържат оптимално състояние вътрешни органичовешки организъм. Трябва обаче да се разбере, че такива характеристики на бариерата я правят много чувствителна както към наранявания, така и към различни патологични състояния, поради което е толкова важно да разберем и вземем предвид тези аспекти при превенцията и лечението на заболяванията.