Гематоенцефалічний бар’єр: що це таке?

Ні для кого не є секретом, що організм повинен підтримувати постійність свого внутрішнього середовища, або гомеостаз, витрачаючи для цього енергію, інакше він не буде відрізнятися від неживої природи. Так, шкіра захищає наш організм від зовнішнього світу на органному рівні.

Але виявляється, значення мають і інші бар’єри, які утворюються між кров’ю і деякими тканинами. Вони називаються гистогематическими. Ці бар’єри необхідні з різних причин. Іноді потрібно механічно обмежити проникнення крові до тканин. Прикладами таких бар’єрів є:

  • гематоартикулярный бар’єр між кров’ю і суглобовими поверхнями;
  • гематоофтальмічний бар’єр між кров’ю і светопроводящими середовищами очного яблука.

Всі знають, на своєму досвіді, що, обробляючи м’ясо видно, що поверхня суглобів завжди позбавлена контакту з кров’ю. У тому випадку, якщо кров виливається в порожнину суглоба (гемартроз), то вона сприяє його заростання, або анкілозу. Зрозуміло, чому потрібен гематоофтальмічний бар’єр: всередині ока є прозорі середовища, наприклад, склоподібне тіло. Його завдання – якомога менше поглинати проходить світло. У тому випадку, якщо не буде цього бар’єру, то кров буде проникати в склоподібне тіло, і ми будемо позбавлені можливості бачити.

Що таке ГЕБ?

Один з найбільш цікавих і загадкових гистогематических бар’єрів – це гематоенцефалічний бар’єр, або перешкода між капілярною кров’ю і нейронами центральної нервової системи. Говорячи сучасною, інформаційним мовою, між капілярами і речовиною головного мозку існує повністю «захищене з’єднання».

Зміст гематоенцефалічного бар’єру (абревіатура – ГЕБ), полягає в тому, що нейрони не вступають в безпосередній контакт з капілярною мережею, а взаємодіють з живильними капілярами через «посередників». Цими посередниками є астроцити, або клітини нейроглии.

Нейроглія – це допоміжна тканина центральної нервової системи, яка виконує безліч функцій, наприклад опорну, підтримуючи нейрони, і трофічну, живлячи їх. В даному випадку, астроцити безпосередньо забирають з капіляра все, що потрібно нейронів, і передають їм. Одночасно вони контролюють, щоб в головний мозок не потрапили шкідливі і чужорідні речовини.

Таким чином, через гематоенцефалічний бар’єр не проходять не тільки різні токсини, але і багато ліків, і це становить предмет дослідження сучасної медицини, оскільки з кожним днем кількість препаратів, які реєструються для лікування захворювань головного мозку, а також антибактеріальних та противірусних препаратів, що все збільшується.

Трохи історії

Відомий лікар і мікробіолог, Пауль Ерліх, став світовою знаменитістю, завдяки винаходу сальварсана, або препарату № 606, який став першим, нехай токсичним, але ефективним препаратом для лікування застарілого сифілісу. Це ліки містило миш’як.

Але Ерліх також дуже багато експериментував з барвниками. Він був упевнений, що точно так само, як барвник щільно пристає до тканини (індиго, пурпур, кармін), він пристане до болезнетворному мікроорганізму, варто тільки знайти таку речовину. Звичайно, він повинен не тільки міцно фіксуватися на мікробній клітині, але і бути смертельним для мікробів. Безсумнівно, «підлив масла у вогонь» той факт, що він одружився на дочці відомого і багатого фабриканта – текстильника.

І Ерліх почав експериментувати з різними і дуже отруйними фарбами: аніліновими і трипановыми.

Розкриваючи лабораторних тварин, він переконувався, що барвник проникає в усі органи і тканини, але не має можливості дифундувати (проникати) в головний мозок, який залишався блідим.

Спочатку його висновки були неправильними: він припустив, що просто барвник не забарвлює мозок унаслідок того, що в ньому багато жиру, і він відштовхує фарбу.

А потім відкриття, що передують відкриттю гематоенцефалічного бар’єру, посипалися, як з рогу достатку, і сама ідея стала поступово оформлятися в умах учених. Найбільше значення грали наступні експерименти:

  • якщо ввести барвник внутрішньовенно, то максимум, що він здатний пофарбувати – це хориоидальные судинні сплетення шлуночків головного мозку. Далі йому «шлях закритий»;
  • якщо примусово ввести барвник в ліквор, виконавши люмбальну пункцію, то мозок забарвлювався. Однак, «назовні» з ліквору барвник не потрапляв, і інші тканини залишалися безбарвними.

Після цього абсолютно логічно було припущено, що ліквор – це рідина, яка знаходиться «по ту сторону» перешкоди, головне завдання якої – захистити центральну нервову систему.

Вперше термін ГЕБ з’явився в 1900 році, сто шістнадцять років тому. В англомовній медичній літературі вона іменується «blood-brain barrier», а в російській мові назва прищепилося у вигляді «гематоенцефалічного бар’єру».

Надалі цей феномен вивчався досить докладно. Перед другою світовою війною з’явилися дані про те, що є гематоенцефалічний і гематоликворный бар’єр, а також є гематоневральный варіант, який знаходиться не в ЦНС, а розташований в периферичних нервах.

Будова і функції бар’єра

Саме від безперебійної роботи гематоенцефалічного бар’єру залежить наше життя. Адже наш головний мозок споживає п’яту частину всієї кількості кисню і глюкози, і при цьому його вага складає не 20% всієї маси тіла, а близько 2%, тобто споживання мозком поживних речовин і кисню в 10 разів вище середнього арифметичного значення.

На відміну, наприклад, від клітин печінки, мозок працює лише «на кисні», і аеробний гліколіз — це єдиний можливий варіант існування усіх без винятку нейронів. У тому випадку, якщо протягом 10-12 секунд харчування нейронів припиняється, то людина втрачає свідомість, а після зупинки кровообігу, перебуваючи в стані клінічної смерті, шанси на повне відновлення функції мозку існують тільки на протязі 5 -6 хвилин.

Це час збільшується при сильному охолодженні організму, але при нормальній температурі тіла остаточна загибель мозку відбувається через 8-10 хвилин, тому тільки інтенсивна діяльність ГЕБ дозволяє нам бути «у формі».

Відомо, що багато неврологічні захворювання розвиваються тільки внаслідок того, що порушена проникність гематоенцефалічного бар’єру, в бік його підвищення.

Ми не будемо детально вдаватися в гістологію і біохімію структур, складових бар’єр. Відзначимо лише, що будова гематоенцефалічного бар’єру включає в себе особливу структуру капілярів. Відомі наступні особливості, що призводять до появи бар’єру:

  • щільні контакти між ендотеліальними клітинами, выстилающими капіляри зсередини.

В інших органах і тканинах ендотелій капілярів виконаний «недбало», і між клітинами є великі проміжки, через які відбувається вільний обмін тканинною рідиною з периваскулярним простором. Там, де капіляри формують гематоенцефалічний бар’єр, клітини ендотелію розташовані дуже щільно, і не порушується герметичність;

  • енергетичні станції – мітохондрії в капілярах перевищує фізіологічну потребу в таких в інших місцях, оскільки гематоенцефалічний бар’єр вимагає великих витрат енергії;
  • висота клітин ендотелію істотно нижче, ніж у судинах іншої локалізації, а кількість транспортних ферментів у цитоплазмі клітини значно вище. Це дозволяє відвести велику роль трансмембранному цитоплазматическому транспорту;
  • ендотелій судин у своїй глибині містить щільну, скелетообразующую базальну мембрану, до якої зовні прилягають відростки астроцитів;

Крім особливостей ендотелію, зовні від капілярів існують особливі допоміжні клітини – перициты. Що таке перицит? Це клітина, яка може зовні регулювати просвіт капіляра, а при необхідності може володіти функціями макрофага, до захопленню і знищенню шкідливих клітин.

Тому, ще не дійшовши до нейронів, ми можемо відзначити дві лінії захисту гематоенцефалічного бар’єру: перша – це щільні з’єднання ендотеліоцитів і активний транспорт, а друга – це макрофагальная активність періцитів.

Далі гематоенцефалічний бар’єр включає в себе велику кількість астроцитів, які і становлять найбільшу масу цієї гистогематической перешкоди. Це невеликі клітини, які оточують нейрони, і, по визначенню їх ролі, вміють «майже всі».

Вони постійно обмінюються речовинами з ендотелієм, контролюють збереження щільних контактів, активність періцитів і просвіт капілярів. Крім того, головного мозку потрібен холестерин, але він не може проникнути з крові в ліквор, ні пройти крізь гематоенцефалічний бар’єр. Тому астроцити беруть на себе його синтез, крім основних функцій.

До речі, одним з факторів патогенезу розсіяного склерозу є порушення миелинизации дендритів і аксонів. А для утворення мієліну потрібен холестерин. Тому роль дисфункції ГЕБ у розвитку демієлінізуючих захворювань є встановленою, і останнім часом вивчається.

Там, де немає бар’єрів

А чи є такі місця в центральній нервовій системі, де не існує гематоенцефалічного бар’єру? Здавалося б, це неможливо: стільки зусиль було докладено до того, щоб створити кілька рівнів захисту від зовнішніх шкідливих речовин. Але, виявляється, в деяких місцях ГЕБ не становить єдину стіну захисту, а нім є отвори. Вони потрібні для тих речовин, які виробляються головним мозком і відправляються на периферію в якості команд: це гормони гіпофіза. Тому є вільні ділянки, як раз в зоні гіпофіза, епіфіза. Вони існують, щоб гормони і нейротрансмітери могли вільно проникати в кров.

Існує і інша зона, вільна від ГЕБ, яка знаходиться в районі ромбовидної ямки або дна 4 шлуночка головного мозку. Там знаходиться блювотний центр. Відомо, що блювання може виникати не тільки внаслідок механічного подразнення задньої стінки глотки, але і при наявності токсинів, які потрапили в кров. Тому саме в цій галузі існують особливі нейрони, які постійно проводять «моніторинг якості крові на наявність шкідливих речовин.

Як тільки їх концентрація досягне певної величини, ці нейрони активуються, викликаючи почуття нудоти, а потім і блювоту. Справедливості заради треба сказати, що не завжди блювання пов’язана з концентрацією шкідливих речовин. Іноді, при значному підвищенні внутрішньочерепного тиску (при гідроцефалії, менінгітах) блювотний центр активується внаслідок прямого надлишкового тиску при розвитку синдрому внутрішньочерепної гіпертензії. Тому розвивається так звана центральна, або мозкова блювота, яка може настати раптово, і без всяких ознак нудоти.

Коли порушується проникність

Гематоенцефалічний бар’єр і його функції можуть страждати при багатьох захворюваннях. Звичайно, класичним прикладом служать інфекції, при яких бактеріальні токсини і антигени можуть вражати бар’єр і підвищувати його проникність. Наприклад, це відбувається при менінгітах та енцефалітах, коли збудник визначається в лікворі та на оболонках головного мозку.

Але в цьому є і позитивний момент: після порушення функції бар’єра крізь нього можуть проникати антибактеріальні препарати, які в нормі зовсім не можуть через нього проникнути, і, завдяки цьому факту, антибіотики, проникають через бар’єр, дозволяють ефективно впоратися з інфекцією.

Часто порушується проникність при розвитку миелинизации – розсіяному склерозі, гострому розсіяному энцефаломиелите. Повільно, але неухильно руйнування функції бар’єра відбувається при цукровому діабеті. Чим довше час захворювання, і чим вище рівень глікемії, тим більше порушується бар’єрна функція. При цьому не так страшно виникнення гіпоглікемії, яка, хоч і є випробуванням голодом для нейронів, швидко закінчується і не встигає нашкодити.

Гіперглікемія набагато страшніше, оскільки вона може викликати ураження нервової системи на різних рівнях, наприклад, полінейропатія за типом «шкарпеток» і «рукавичок» також може розвинутися при наявності цукрового діабету.

При ішемічному та геморагічному інсульті також відбувається часткове порушення бар’єру, відповідне розвитку перифокальною зони некрозу. Різні пухлини, які викликають набряк речовини мозку та його компресію, також сприяють підвищенню проникності судин головного мозку.

На закінчення потрібно сказати, що такий гистогематический бар’єр, як ГЕБ, є одним з найдосконаліших в організмі. Він має кілька рівнів захисту, забезпечується енергією в 10 разів краще, ніж звичайні зони капілярного газообміну, і дозволяє зберігати гомеостаз центральної нервової системи, що дає їй можливість повністю зосередитися на управлінні вітальними функціями і вищої нервової діяльності.

Переклад матеріалу з дозволу автора сайту mozgius