Bariera hemato-encefalică

Bariera hematoencefalică este extrem de importantă pentru asigurarea homeostaziei creierului, însă multe întrebări privind formarea sa nu au fost încă pe deplin clarificate. Însă este deja clar că BHE este cea mai diferențiată, complexă și densă barieră histohematică. Principala sa unitate structurală și funcțională sunt celulele endoteliale ale capilarelor cerebrale.

Metabolismul creierului, ca niciun alt organ, depinde de substanțele care intră în fluxul sanguin. Numeroase vase de sânge care asigură funcționarea sistemului nervos se disting prin faptul că procesul de penetrare a substanțelor prin pereții lor este selectiv. Celulele endoteliale ale capilarelor creierului sunt conectate între ele prin contacte strânse și continue, astfel încât substanțele pot trece doar prin celulele în sine, dar nu și între ele. Celulele gliale, a doua componentă a barierei hematoencefalice, sunt adiacente suprafeței exterioare a capilarelor. În plexurile vasculare ale ventriculelor creierului, baza anatomică a barierei sunt celulele epiteliale, de asemenea strâns conectate între ele. În prezent, bariera hematoencefalică este considerată nu ca o formațiune anatomică și morfologică, ci ca o formațiune funcțională capabilă să treacă selectiv și, în unele cazuri, să livreze diverse molecule către celulele nervoase folosind mecanisme de transport activ. Astfel, bariera îndeplinește funcții de reglare și protecție.

Există structuri în creier în care bariera hematoencefalică este slăbită. Acestea sunt în principal hipotalamusul, precum și o serie de structuri situate în partea inferioară a ventriculelor 3 și 4 - câmpul cel mai posterior (zona postrema), organele subfornicale și subcomisurale și corpul pineal. Integritatea BHE este perturbată în leziunile cerebrale ischemice și inflamatorii.

Bariera hematoencefalică este considerată complet formată atunci când proprietățile acestor celule îndeplinesc două condiții. În primul rând, rata de endocitoză în fază lichidă (pinocitoză) în ele trebuie să fie extrem de scăzută. În al doilea rând, între celule trebuie să se formeze joncțiuni strânse specifice, care se caracterizează printr-o rezistență electrică foarte mare. Aceasta atinge valori de 1000-3000 Ohm/cm2 ^pentru capilarele piei mater și de la 2000 la 8000 m/cm2 pentru capilarele cerebrale intraparenchimatoase. Pentru comparație: valoarea medie a rezistenței electrice transendoteliale a capilarelor musculare scheletice este de numai 20 Ohm/cm2.

Permeabilitatea barierei hematoencefalice pentru majoritatea substanțelor este determinată în mare măsură de proprietățile acestora, precum și de capacitatea neuronilor de a sintetiza independent aceste substanțe. Substanțele care pot depăși această barieră includ, în primul rând, oxigenul și dioxidul de carbon, precum și diverși ioni metalici, glucoză, aminoacizi esențiali și acizi grași necesari pentru funcționarea normală a creierului. Glucoza și vitaminele sunt transportate cu ajutorul unor purtători. În același timp, D- și L-glucoza au rate diferite de penetrare prin barieră - prima este de peste 100 de ori mai mare. Glucoza joacă un rol major atât în metabolismul energetic al creierului, cât și în sinteza unui număr de aminoacizi și proteine.

Factorul principal care determină funcționarea barierei hematoencefalice este nivelul metabolismului celulelor nervoase.

Furnizarea neuronilor cu substanțele necesare se realizează nu numai prin intermediul capilarelor sanguine care se apropie de acestea, ci și datorită proceselor membranelor moi și arahnoidiene, prin care circulă lichidul cefalorahidian. Lichidul cefalorahidian este situat în cavitatea craniană, în ventriculele creierului și în spațiile dintre membranele creierului. La om, volumul său este de aproximativ 100-150 ml. Datorită lichidului cefalorahidian, echilibrul osmotic al celulelor nervoase este menținut și produsele metabolice toxice pentru țesutul nervos sunt eliminate.

Căile schimbului de mediatori și rolul barierei hematoencefalice în metabolism (conform: Shepherd, 1987) 

Trecerea substanțelor prin bariera hematoencefalică depinde nu numai de permeabilitatea peretelui vascular la acestea (greutatea moleculară, sarcina și lipofilicitatea substanței), ci și de prezența sau absența unui sistem de transport activ.

Transportorul stereospecific de glucoză independent de insulină (GLUT-1), care asigură transferul acestei substanțe prin bariera hematoencefalică, este abundent în celulele endoteliale ale capilarelor cerebrale. Activitatea acestui transportor poate asigura livrarea glucozei într-o cantitate de 2-3 ori mai mare decât cea necesară creierului în condiții normale.

Caracteristicile sistemelor de transport ale barierei hematoencefalice (conform: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Conexiuni transportabile	Substrat preferențial	Km, mm	Vmax nmol/min*g
Hexoze	Glucoză	9	1600
Acizi monocarboxilici	Lactat	1.9	120
Aminoacizi neutri	Fenilalanină	0,12	30
Aminoacizi esențiali	Lizină	0,10	6
Amine	Colină	0,22	6
Purine	Adenină	0,027	1
Nucleozide	Adenozină	0,018	0,7

Copiii cu funcționare afectată a acestui transportor prezintă o scădere semnificativă a nivelului de glucoză din lichidul cefalorahidian și perturbări în dezvoltarea și funcționarea creierului.

Acizii monocarboxilici (L-lactat, acetat, piruvat) și corpii cetonici sunt transportați prin sisteme stereospecifice separate. Deși intensitatea transportului lor este mai mică decât cea a glucozei, aceștia reprezintă un substrat metabolic important la nou-născuți și în timpul inaniției.

Transportul colinei în sistemul nervos central este, de asemenea, mediat de transportor și poate fi reglat de rata de sinteză a acetilcolinei în sistemul nervos.

Vitaminele nu sunt sintetizate de creier și sunt furnizate din sânge folosind sisteme speciale de transport. În ciuda faptului că aceste sisteme au o activitate de transport relativ scăzută, în condiții normale pot asigura transportul cantității de vitamine necesare creierului, dar deficitul lor alimentar poate duce la tulburări neurologice. Unele proteine plasmatice pot penetra și bariera hematoencefalică. Una dintre căile de penetrare a acestora este transcitoza mediată de receptori. Acesta este modul în care insulina, transferina, vasopresina și factorul de creștere asemănător insulinei penetrează bariera. Celulele endoteliale ale capilarelor cerebrale au receptori specifici pentru aceste proteine și sunt capabile să endocitoze complexul proteină-receptor. Este important ca, în urma evenimentelor ulterioare, complexul să se dezintegreze, proteina intactă să poată fi eliberată pe partea opusă a celulei, iar receptorul să poată fi din nou integrat în membrană. Pentru proteinele policationice și lectine, transcitoza este, de asemenea, o modalitate de penetrare a BHE, dar nu este asociată cu activitatea receptorilor specifici.

Mulți neurotransmițători prezenți în sânge nu sunt capabili să pătrundă în BHE. Astfel, dopamina nu are această capacitate, în timp ce L-DOPA pătrunde în BHE folosind sistemul de transport al aminoacizilor neutri. În plus, celulele capilare conțin enzime care metabolizează neurotransmițătorii (colinesterază, transaminază GABA, aminopeptidaze etc.), medicamentele și substanțele toxice, ceea ce asigură protecția creierului nu numai de neurotransmițătorii care circulă în sânge, ci și de toxine.

Munca BBB implică și proteine purtătoare care transportă substanțe din celulele endoteliale ale capilarelor cerebrale în sânge, împiedicând pătrunderea lor în creier, de exemplu, b-glicoproteina.

În timpul ontogenezei, rata de transport a diferitelor substanțe prin BHE se modifică semnificativ. Astfel, rata de transport al b-hidroxibutiratului, triptofanului, adeninei, colinei și glucozei la nou-născuți este semnificativ mai mare decât la adulți. Acest lucru reflectă nevoia relativ mai mare a creierului în curs de dezvoltare de energie și substraturi macromoleculare.

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