Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι εξαιρετικά σημαντικός για τη διασφάλιση της ομοιόστασης του εγκεφάλου, αλλά πολλά ερωτήματα σχετικά με τον σχηματισμό του δεν έχουν ακόμη διευκρινιστεί πλήρως. Αλλά είναι ήδη σαφές ότι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι ο πιο διαφοροποιημένος, πολύπλοκος και πυκνός ιστοαιματικός φραγμός. Η κύρια δομική και λειτουργική του μονάδα είναι τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου.

Ο μεταβολισμός του εγκεφάλου, όπως κανένα άλλο όργανο, εξαρτάται από ουσίες που εισέρχονται με την κυκλοφορία του αίματος. Πολυάριθμα αιμοφόρα αγγεία που διασφαλίζουν τη λειτουργία του νευρικού συστήματος διακρίνονται από το γεγονός ότι η διαδικασία διείσδυσης ουσιών μέσω των τοιχωμάτων τους είναι επιλεκτική. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου συνδέονται μεταξύ τους με συνεχείς στενές επαφές, επομένως οι ουσίες μπορούν να περάσουν μόνο μέσω των ίδιων των κυττάρων, αλλά όχι μεταξύ τους. Τα νευρογλοιακά κύτταρα, το δεύτερο συστατικό του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, βρίσκονται δίπλα στην εξωτερική επιφάνεια των τριχοειδών αγγείων. Στα αγγειακά πλέγματα των κοιλιών του εγκεφάλου, η ανατομική βάση του φραγμού είναι τα επιθηλιακά κύτταρα, επίσης στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Προς το παρόν, το αιματοεγκεφαλικό φραγμό θεωρείται όχι ως ανατομικός και μορφολογικός, αλλά ως λειτουργικός σχηματισμός ικανός να διέρχεται επιλεκτικά και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να παρέχει διάφορα μόρια στα νευρικά κύτταρα χρησιμοποιώντας ενεργούς μηχανισμούς μεταφοράς. Έτσι, το φράγμα εκτελεί ρυθμιστικές και προστατευτικές λειτουργίες.

Υπάρχουν δομές στον εγκέφαλο όπου ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι εξασθενημένος. Αυτές είναι κυρίως ο υποθάλαμος, καθώς και μια σειρά από δομές στο κάτω μέρος της 3ης και 4ης κοιλίας - το οπίσθιο πεδίο (area postrema), τα υποφορνικά και υποσυνδετικά όργανα και η επίφυση. Η ακεραιότητα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού διαταράσσεται σε ισχαιμικές και φλεγμονώδεις αλλοιώσεις του εγκεφάλου.

Ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός θεωρείται πλήρως σχηματισμένος όταν οι ιδιότητες αυτών των κυττάρων ικανοποιούν δύο προϋποθέσεις. Πρώτον, ο ρυθμός ενδοκυττάρωσης υγρής φάσης (πινοκυττάρωση) σε αυτά πρέπει να είναι εξαιρετικά χαμηλός. Δεύτερον, πρέπει να σχηματίζονται συγκεκριμένες στενές συνδέσεις μεταξύ των κυττάρων, οι οποίες χαρακτηρίζονται από πολύ υψηλή ηλεκτρική αντίσταση. Αυτή φτάνει σε τιμές 1000-3000 Ohm/cm2 ^για τα τριχοειδή αγγεία της χοριοειδούς μήνιγγας και από 2000 έως 8000 0 m/cm2 για τα ενδοπαρεγχυματικά εγκεφαλικά τριχοειδή αγγεία. Για σύγκριση: η μέση τιμή της διαενδοθηλιακής ηλεκτρικής αντίστασης των τριχοειδών αγγείων των σκελετικών μυών είναι μόνο 20 Ohm/cm2.

Η διαπερατότητα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού για τις περισσότερες ουσίες καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητές τους, καθώς και από την ικανότητα των νευρώνων να συνθέτουν αυτές τις ουσίες ανεξάρτητα. Οι ουσίες που μπορούν να ξεπεράσουν αυτό το φράγμα περιλαμβάνουν, πρώτα απ 'όλα, το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα, καθώς και διάφορα μεταλλικά ιόντα, γλυκόζη, απαραίτητα αμινοξέα και λιπαρά οξέα απαραίτητα για την κανονική λειτουργία του εγκεφάλου. Η γλυκόζη και οι βιταμίνες μεταφέρονται χρησιμοποιώντας φορείς. Ταυτόχρονα, η D- και η L-γλυκόζη έχουν διαφορετικούς ρυθμούς διείσδυσης μέσω του φραγμού - η πρώτη είναι περισσότερο από 100 φορές υψηλότερη. Η γλυκόζη παίζει σημαντικό ρόλο τόσο στον ενεργειακό μεταβολισμό του εγκεφάλου όσο και στη σύνθεση ενός αριθμού αμινοξέων και πρωτεϊνών.

Ο κύριος παράγοντας που καθορίζει τη λειτουργία του αιματοεγκεφαλικού φραγμού είναι το επίπεδο μεταβολισμού των νευρικών κυττάρων.

Η παροχή των νευρώνων με τις απαραίτητες ουσίες πραγματοποιείται όχι μόνο μέσω τριχοειδών αγγείων που πλησιάζουν σε αυτά, αλλά και χάρη στις αποφύσεις των μαλακών και αραχνοειδών μεμβρανών, μέσω των οποίων κυκλοφορεί το εγκεφαλονωτιαίο υγρό. Το εγκεφαλονωτιαίο υγρό βρίσκεται στην κρανιακή κοιλότητα, στις κοιλίες του εγκεφάλου και στους χώρους μεταξύ των μεμβρανών του εγκεφάλου. Στους ανθρώπους, ο όγκος του είναι περίπου 100-150 ml. Χάρη στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό, διατηρείται η οσμωτική ισορροπία των νευρικών κυττάρων και απομακρύνονται τα μεταβολικά προϊόντα που είναι τοξικά για τον νευρικό ιστό.

Οδοί ανταλλαγής μεσολαβητών και ο ρόλος του αιματοεγκεφαλικού φραγμού στον μεταβολισμό (σύμφωνα με: Shepherd, 1987) 

Η διέλευση ουσιών μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού εξαρτάται όχι μόνο από τη διαπερατότητα του αγγειακού τοιχώματος σε αυτές (μοριακό βάρος, φορτίο και λιποφιλικότητα της ουσίας), αλλά και από την παρουσία ή απουσία ενός ενεργού συστήματος μεταφοράς.

Ο στερεοειδικός, ανεξάρτητος από την ινσουλίνη, μεταφορέας γλυκόζης (GLUT-1), ο οποίος διασφαλίζει τη μεταφορά αυτής της ουσίας διαμέσου του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, υπάρχει σε αφθονία στα ενδοθηλιακά κύτταρα των εγκεφαλικών τριχοειδών αγγείων. Η δραστηριότητα αυτού του μεταφορέα μπορεί να εξασφαλίσει την παροχή γλυκόζης σε ποσότητα 2-3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν που απαιτείται από τον εγκέφαλο υπό κανονικές συνθήκες.

Χαρακτηριστικά των συστημάτων μεταφοράς του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (σύμφωνα με: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Μεταφερόμενες συνδέσεις	Προτιμώμενο υπόστρωμα	Χιλιόμετρα, χιλιοστά	Vmax nmol/min*g
Εξόζες	Γλυκόζη	9	1600
Μονοκαρβοξυλικά οξέα	Γαλακτικό	1.9	120
Ουδέτερα αμινοξέα	Φαινυλαλανίνη	0,12	30
Απαραίτητα αμινοξέα	Λυσίνη	0,10	6
Αμίνες	Χολίνη	0,22	6
Πουρίνες	Αδενίνη	0,027	1
Νουκλεοσίδια	Αδενοσίνη	0,018	0,7

Τα παιδιά με μειωμένη λειτουργία αυτού του μεταφορέα εμφανίζουν σημαντική μείωση του επιπέδου γλυκόζης στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό και διαταραχές στην ανάπτυξη και λειτουργία του εγκεφάλου.

Τα μονοκαρβοξυλικά οξέα (L-γαλακτικό, οξικό, πυροσταφυλικό) και τα κετονικά σώματα μεταφέρονται μέσω ξεχωριστών στερεοειδικών συστημάτων. Αν και η ένταση μεταφοράς τους είναι χαμηλότερη από αυτή της γλυκόζης, αποτελούν σημαντικό μεταβολικό υπόστρωμα στα νεογνά και κατά τη διάρκεια της ασιτίας.

Η μεταφορά χολίνης στο κεντρικό νευρικό σύστημα γίνεται επίσης με τη μεσολάβηση του μεταφορέα και μπορεί να ρυθμιστεί από τον ρυθμό σύνθεσης ακετυλοχολίνης στο νευρικό σύστημα.

Οι βιταμίνες δεν συντίθενται από τον εγκέφαλο και παρέχονται από το αίμα χρησιμοποιώντας ειδικά συστήματα μεταφοράς. Παρά το γεγονός ότι αυτά τα συστήματα έχουν σχετικά χαμηλή μεταφορική δραστηριότητα, υπό κανονικές συνθήκες μπορούν να εξασφαλίσουν τη μεταφορά της ποσότητας βιταμινών που είναι απαραίτητη για τον εγκέφαλο, αλλά η έλλειψή τους στην τροφή μπορεί να οδηγήσει σε νευρολογικές διαταραχές. Ορισμένες πρωτεΐνες του πλάσματος μπορούν επίσης να διαπεράσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Ένας από τους τρόπους διείσδυσής τους είναι η τρανσκυτίωση που προκαλείται από υποδοχείς. Έτσι, η ινσουλίνη, η τρανσφερίνη, η βασοπρεσσίνη και ο ινσουλινοειδής αυξητικός παράγοντας διαπερνούν τον φραγμό. Τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου έχουν ειδικούς υποδοχείς για αυτές τις πρωτεΐνες και είναι ικανά να ενδοκυττάρωνουν το σύμπλεγμα πρωτεΐνης-υποδοχέα. Είναι σημαντικό, ως αποτέλεσμα των επακόλουθων γεγονότων, το σύμπλεγμα να αποσυντίθεται, η άθικτη πρωτεΐνη να μπορεί να απελευθερωθεί στην αντίθετη πλευρά του κυττάρου και ο υποδοχέας να μπορεί να ενσωματωθεί ξανά στη μεμβράνη. Για τις πολυκατιονικές πρωτεΐνες και τις λεκτίνες, η τρανσκυτίωση είναι επίσης ένας τρόπος διείσδυσης στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, αλλά δεν σχετίζεται με το έργο συγκεκριμένων υποδοχέων.

Πολλοί νευροδιαβιβαστές που υπάρχουν στο αίμα δεν είναι σε θέση να διαπεράσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Έτσι, η ντοπαμίνη δεν έχει αυτή την ικανότητα, ενώ η L-DOPA διαπερνά τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό χρησιμοποιώντας το σύστημα μεταφοράς ουδέτερων αμινοξέων. Επιπλέον, τα τριχοειδή κύτταρα περιέχουν ένζυμα που μεταβολίζουν νευροδιαβιβαστές (χολινεστεράση, τρανσαμινάση GABA, αμινοπεπτιδάσες κ.λπ.), φάρμακα και τοξικές ουσίες, γεγονός που εξασφαλίζει την προστασία του εγκεφάλου όχι μόνο από τους νευροδιαβιβαστές που κυκλοφορούν στο αίμα, αλλά και από τις τοξίνες.

Το έργο του αιμοσφαιρίου-φραγμού περιλαμβάνει επίσης πρωτεΐνες-φορείς που μεταφέρουν ουσίες από τα ενδοθηλιακά κύτταρα των τριχοειδών αγγείων του εγκεφάλου στο αίμα, εμποδίζοντας τη διείσδυσή τους στον εγκέφαλο, για παράδειγμα, β-γλυκοπρωτεΐνη.

Κατά την οντογένεση, ο ρυθμός μεταφοράς διαφόρων ουσιών μέσω του αιμοσφαιρίου-φραγμού αλλάζει σημαντικά. Έτσι, ο ρυθμός μεταφοράς β-υδροξυβουτυρικού, τρυπτοφάνης, αδενίνης, χολίνης και γλυκόζης στα νεογνά είναι σημαντικά υψηλότερος από ό,τι στους ενήλικες. Αυτό αντανακλά τη σχετικά υψηλότερη ανάγκη του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου για ενέργεια και μακρομοριακά υποστρώματα.

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