Кръвно-мозъчната бариера

Кръвно-мозъчната бариера е изключително важна за осигуряване на хомеостазата на мозъка, но много въпроси, свързани с нейното формиране, все още не са напълно изяснени. Но вече е ясно, че кръвно-мозъчната бариера (КМБ) е най-диференцираната, сложна и плътна хистохематична бариера. Нейната основна структурна и функционална единица са ендотелните клетки на мозъчните капиляри.

Метаболизмът на мозъка, както никой друг орган, зависи от веществата, постъпващи с кръвния поток. Многобройните кръвоносни съдове, които осигуряват функционирането на нервната система, се отличават с факта, че процесът на проникване на вещества през стените им е селективен. Ендотелните клетки на капилярите на мозъка са свързани помежду си чрез непрекъснати плътни контакти, така че веществата могат да преминават само през самите клетки, но не и между тях. Глиалните клетки, вторият компонент на кръвно-мозъчната бариера, са в съседство с външната повърхност на капилярите. В съдовите плексуси на вентрикулите на мозъка анатомичната основа на бариерата са епителните клетки, също плътно свързани помежду си. В момента кръвно-мозъчната бариера се разглежда не като анатомично-морфологично, а като функционално образувание, способно селективно да преминава, а в някои случаи и да доставя различни молекули до нервните клетки, използвайки механизми на активен транспорт. По този начин бариерата изпълнява регулаторни и защитни функции.

В мозъка има структури, където кръвно-мозъчната бариера е отслабена. Това са предимно хипоталамусът, както и редица структури в долната част на 3-та и 4-та камера - най-задното поле (area postrema), субфорникалните и субкомисуралните органи и епифизата. Целостта на кръвно-мозъчната бариера (КМБ) е нарушена при исхемични и възпалителни мозъчни лезии.

Кръвно-мозъчната бариера се счита за напълно формирана, когато свойствата на тези клетки отговарят на две условия. Първо, скоростта на течнофазна ендоцитоза (пиноцитоза) в тях трябва да е изключително ниска. Второ, между клетките трябва да се образуват специфични плътни връзки, които се характеризират с много високо електрическо съпротивление. То достига стойности от 1000-3000 Ohm/cm2 ^за капилярите на пиа мозъчната обвивка и от 2000 до 8000 0 m/cm2 за интрапаренхимните мозъчни капиляри. За сравнение: средната стойност на трансендотелното електрическо съпротивление на капилярите на скелетните мускули е само 20 Ohm/cm2.

Пропускливостта на кръвно-мозъчната бариера за повечето вещества до голяма степен се определя от техните свойства, както и от способността на невроните да синтезират тези вещества самостоятелно. Веществата, които могат да преодолеят тази бариера, включват, на първо място, кислород и въглероден диоксид, както и различни метални йони, глюкоза, есенциални аминокиселини и мастни киселини, необходими за нормалната мозъчна функция. Глюкозата и витамините се транспортират с помощта на носители. В същото време D- и L-глюкозата имат различна скорост на проникване през бариерата - първата е повече от 100 пъти по-висока. Глюкозата играе основна роля както в енергийния метаболизъм на мозъка, така и в синтеза на редица аминокиселини и протеини.

Водещият фактор, определящ функционирането на кръвно-мозъчната бариера, е нивото на метаболизма на нервните клетки.

Осигуряването на невроните с необходимите вещества се осъществява не само чрез кръвоносни капиляри, приближаващи се до тях, но и благодарение на процесите на меките и паяжинистите мембрани, през които циркулира цереброспиналната течност. Цереброспиналната течност се намира в черепната кухина, в мозъчните камери и в пространствата между мозъчните мембрани. При хората обемът ѝ е около 100-150 мл. Благодарение на цереброспиналната течност се поддържа осмотичният баланс на нервните клетки и се отстраняват метаболитни продукти, токсични за нервната тъкан.

Пътища на медиаторен обмен и ролята на кръвно-мозъчната бариера в метаболизма (според: Shepherd, 1987) 

Преминаването на веществата през кръвно-мозъчната бариера зависи не само от пропускливостта на съдовата стена към тях (молекулно тегло, заряд и липофилност на веществото), но и от наличието или отсъствието на активна транспортна система.

Стереоспецифичният инсулинонезависим глюкозен транспортер (GLUT-1), който осигурява преноса на това вещество през кръвно-мозъчната бариера, е в изобилие от ендотелни клетки на мозъчните капиляри. Активността на този транспортер може да осигури доставянето на глюкоза в количество 2-3 пъти по-голямо от необходимото на мозъка при нормални условия.

Характеристики на транспортните системи на кръвно-мозъчната бариера (според: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Преносими връзки	Преференциален субстрат	Км, мм	Vmax nmol/min*g
Хексози	Глюкоза	9	1600 г.
Монокарбоксилни киселини	Лактат	1.9	120
Неутрални аминокиселини	Фенилаланин	0,12	30
Есенциални аминокиселини	Лизин	0.10	6
Амини	Холин	0.22	6
Пурини	Аденин	0,027	1
Нуклеозиди	Аденозин	0,018	0.7

Децата с нарушено функциониране на този транспортер изпитват значително понижение на нивото на глюкоза в цереброспиналната течност и нарушения в развитието и функционирането на мозъка.

Монокарбоксилните киселини (L-лактат, ацетат, пируват) и кетонните тела се транспортират чрез отделни стереоспецифични системи. Въпреки че интензивността им на транспорт е по-ниска от тази на глюкозата, те са важен метаболитен субстрат при новородени и по време на гладуване.

Транспортът на холин в централната нервна система също се осъществява чрез транспортера и може да се регулира от скоростта на синтез на ацетилхолин в нервната система.

Витамините не се синтезират от мозъка и се доставят от кръвта, използвайки специални транспортни системи. Въпреки факта, че тези системи имат относително ниска транспортна активност, при нормални условия те могат да осигурят транспорта на необходимото за мозъка количество витамини, но недостигът им в храната може да доведе до неврологични нарушения. Някои плазмени протеини също могат да проникнат през кръвно-мозъчната бариера. Един от начините за тяхното проникване е рецепторно-медиираната трансцитоза. По този начин инсулинът, трансферинът, вазопресинът и инсулиноподобният растежен фактор проникват през бариерата. Ендотелните клетки на мозъчните капиляри имат специфични рецептори за тези протеини и са способни да ендоцитират протеин-рецепторния комплекс. Важно е, че в резултат на последващи събития комплексът се разпада, непокътнатият протеин може да се освободи от противоположната страна на клетката и рецепторът може отново да се интегрира в мембраната. За поликатионните протеини и лектините трансцитозата също е начин за проникване през кръвно-мозъчната бариера, но не е свързана с работата на специфични рецептори.

Много невротрансмитери, присъстващи в кръвта, не са в състояние да проникнат през кръвно-мозъчната бариера (КМБ). По този начин, допаминът няма тази способност, докато L-DOPA прониква през КМБ, използвайки неутралната аминокиселинна транспортна система. Освен това, капилярните клетки съдържат ензими, които метаболизират невротрансмитери (холинестераза, GABA трансаминаза, аминопептидази и др.), лекарства и токсични вещества, което осигурява защитата на мозъка не само от невротрансмитери, циркулиращи в кръвта, но и от токсини.

Работата на кръвно-мозъчната бариера (КМБ) включва и протеини-носители, които транспортират вещества от ендотелните клетки на мозъчните капиляри в кръвта, предотвратявайки проникването им в мозъка, например b-гликопротеин.

По време на онтогенезата скоростта на транспорт на различни вещества през кръвно-мозъчната бариера (КМБ) се променя значително. По този начин скоростта на транспорт на b-хидроксибутират, триптофан, аденин, холин и глюкоза при новородени е значително по-висока, отколкото при възрастни. Това отразява относително по-високата нужда на развиващия се мозък от енергия и макромолекулни субстрати.

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