Происхождение мозга Савельев Сергей Вячеславович

§ 7. Гематоэнцефалический барьер

Нервная ткань - это объединение специализированных клеток, которые воспринимают, обрабатывают, хранят и используют информацию о внешней среде и внутреннем состоянии организма. Этим функциям подчинено строение нервных клеток - нейронов. Нервные клетки имеют особенности, которые отличают их от других клеток организма (рис. I-9). Нейроны неодинаковы. Они различаются по размеру, форме ветвления дендритов и аксонов, выделению различных химических веществ и физиологической активности.

Рис. I-9. Строение нейронов и глиальных клеток.

а - импрегнированные нейроны коры головного мозга человека. При такой окраске виден примерно 1 нейрон из 1000, что позволяет рассмотреть его отростки; б - глиальные клетки из мозга человека; в - строение нейрона и его аксона, закрытого глиальными клетками.

Нейроны - характерные структурные элементы нервной системы объединены в сети и в специализированные структуры ганглии или мозг, а их отростки образуют периферические нервы.

В нервных клетках - нейронах - обычно можно выделить клеточное тело, дендриты и аксон (см. рис. I-9). Тело содержит ядро и биохимический аппарат синтеза молекул, необходимых для жизнедеятельности клетки. Обычно тело нейрона имеет округлую, веретеновидную или пирамидальную форму. Дендриты представляют собой тонкие отростки, которые многократно ветвятся в непосредственной близости от тела клетки. Вокруг него образуется ветвистое дерево. Дендриты формируют ту основную физическую поверхность, на которую поступают идущие к данному нейрону сигналы. Аксоны распространяются далеко от тела клетки. Их длина варьирует от 1 мм до 1,5 м, что позволяет аксонам выполнять функции линий связи между телом клетки и далеко расположенным органом-мишенью или отделом мозга. По аксону проходят сигналы, генерируемые в теле данной клетки. Аксон отличается от дендритов как по строению, так и по свойствам наружной мембраны. Большинство аксонов длиннее и тоньше дендритов и имеют отличный от них характер ветвления. Отростки дендритов в основном группируются вокруг клеточного тела, тогда как отростки аксонов располагаются на конце волокна, в том месте, где аксон взаимодействует с другими нейронами или органами-мишенями.

Кроме нейронов, в нервной системе есть и другие специализированные клетки, которые не выполняют перечисленных нервных функций. Это клетки глии. Глиальные клетки не могут генерировать или обрабатывать информационные сигналы. В их задачу входят снабжение нейронов соединениями, необходимыми для нормального метаболизма, отведение продуктов катаболизма и обеспечение барьерных функций между мозгом и кровеносной системой. Кроме этого, глиальные клетки выполняют функции макрофагов, лимфоцитов и других клеток кровеносной и лимфоидной систем. Нейроглия выполняет механическую функцию и изолирует электрохимически активные волокна отдельных нервных волокон внутри мозга. Оболочки вокруг отростков нейронов состоят из клеток нейроглии, что позволяет стабилизировать ионную среду и увеличивать скорость проведения нервного сигнала (рис. I-10; I-11).

В головном мозге изолирующие функции выполняет олигодендроглия. Она происходит из нейроэктодермы, но отличается от нейронов тем, что не генерирует никаких сигналов, а специализируется на изолирующих функциях. Каждая клетка олигодендроглии охватывает сразу несколько отростков нейронов (см. рис. I-9). Олигодендроглия окружает отростки нейронов, тогда как другие глиальные клетки изолируют тела нейронов.

Рис. I-10. Основные компоненты гематоэнцефалического барьера головного мозга и периферической нервной системы.

Головной мозг изолирован от кровеносной системы трофическими глиальными клетками (зелёные), олигодендроглией и шванновскими клетками. Спинномозговая жидкость фильтруется через эпендимные клетки нейрального происхождения.

Глиальные клетки выполняют несколько функций. Одна из барьерных функций - это изоляция нейронов и их отростков от соприкосновения с кровеносным руслом. Между кровеносными капиллярами и нейронами находятся изолирующие клетки глии. В их функции входят как поддержание целостности гематоэнцефалического барьера, так и питание нейронов. Через эти клетки проходит основной поток веществ и кислорода, необходимого для сохранения активности мозга. Этот глиальный барьер непроницаем для большинства органических соединений. Их перенос к нейронам осуществляется под контролем рецепторных белков мембран глиальных клеток и нейронов. Такой активный фильтр препятствует случайному движению любых соединений как в мозг, так и из него. Через глиальные клетки осуществляется перенос веществ, подвергшихся катаболизму внутри нейронов, поэтому поток соединений через глиальную часть гематоэнцефалического барьера двунаправленный. В мозг поступают кислород и питательные вещества, а из него отводятся продукты катаболизма. Этот поток крайне интенсивен, поскольку у млекопитающих может достигать 25 % общего метаболизма организма. Столь высокий уровень обмена предусматривает высокую проницаемость барьера при невероятно эффективной избирательности. Эти функции структурно обеспечены соотношением количества глиальных клеток и нейронов. Как правило, каждый нейрон обслуживает примерно 15–50 глиальных клеток, которые и обеспечивают необходимый и избирательный поток компонентов, необходимых для поддержания жизни нервной клетки.

Надо отметить, что изолированность нервной системы двунаправленная. Глиальные клетки препятствуют попаданию продуктов, появляющихся при гибели нейронов, и в мозг, и в кровеносную систему. После гибели нейрона такие продукты формируют вокруг него своеобразный саркофаг из своих тел. Это препятствует попаданию продуктов аутолиза в межклеточное пространство. После окончательного распада нейрона остаётся только контур из тел глиальных клеток, формировавших саркофаг, а затем исчезает и он. Появляются своеобразные «тени» - пустые межклеточные участки, напоминающие форму погибших клеток. Гематоэнцефалический барьер мозга построен не только из глиальные клеток. Его функции выполняют и эпендимные клетки, выстилающие поверхность желудочков и сосудистое сплетение (см. рис. I-10; I-11). Эти клетки в зоне сосудистого сплетения образуют плотный слой, который препятствует проникновению через межклеточное пространство любых веществ и соединений.

Рис. I-11. Срезы мозга и сосудистого сплетения (стрелки), расположенного в желудочках мозга различных позвоночных. Микрофотографии.

Спинномозговая жидкость фильтруется через эпендимные клетки нейрального происхождения. При низком кровотоке проницаемость стенок сосудистого сплетения невысока, но его площадь очень большая. У млекопитающих при высоком давлении крови сосудистое сплетение имеет крайне небольшие размеры.

Через слой этих клеток в сосудистом сплетении головного мозга происходит ультрафильтрация воды и ионов кальция, натрия, хлора, марганца, калия и магния. Вода и растворы электролитов извлекаются из плазмы крови. В результате кровь лишается части воды и повышает свою вязкость. Накапливающийся в желудочках фильтрат обычно называют спинномозговой жидкостью. Она проходит через желудочки, стенки мозга и спускается по дорсальной поверхности вдоль спинного мозга, затем поднимается вверх и собирается под мозговыми оболочками в зонах особых расширений. Из них спинномозговая жидкость поступает в специальные зоны мозговых оболочек, которые называются пахионовыми грануляциями. Через грануляции спинномозговая жидкость возвращается в венозное русло. Надо отметить, что спинномозговая жидкость поступает в головной мозг активно, поскольку артериальное давление в приносящих мозговых сосудах довольно велико, а возвращается в венозное русло уже пассивно - по градиенту концентрации. Осмотические силы, действующие в момент извлечения спинномозговой жидкости из-под оболочек мозга, не всегда могут уравновесить непрерывный приток этой жидкости через сосудистые сплетения желудочков. Это приводит к динамическим нарушениям и повышению давления жидкости в желудочках мозга.

Спинномозговая жидкость меняется в головном мозге с высокой скоростью. У человека, исследованного лучше других животных, при пассивном образе жизни вся вода организма проходит через сосудистое сплетение за 10–12 ч, а при физической нагрузке - за 7 ч. Этот достаточно большой поток жидкости обеспечивает нейроны одним из важнейших факторов жизнедеятельности - растворами электролитов. Они необходимы при кодировке, генерации и передаче электрохимических сигналов между отдельными нервными клетками. Нарушения электролитного баланса мозга ставят больше проблем, чем недостаток питания нервных клеток. Для контроля за электролитным балансом мозга в эволюции сложилась специальная система, начинающаяся с осморецепторов, расположенных в прижелудочковых стенках промежуточного мозга. Эти клетки реагируют на изменение осмотического баланса в спинномозговой жидкости. Они вызывают фантомные ощущения сухости во рту, стимулируют выработку антидиуретического гормона, стимулирующего адсорбцию воды в почках, и запускают питьевое поведение. Возникновение этого сложного механизма автономной регуляции осмотического баланса только подчёркивает его функциональную важность для мозга. В этой системе снабжения мозга растворами электролитов нет никаких прямых контактов между нейронами и клетками иммунной системы. Граница непроницаема для органических соединений всего организма.

Следует отметить, что у позвоночных сосудистое сплетение различается по размерам (см. рис. I-11). У рыб и амфибий оно выглядит непропорционально большим, а у млекопитающих - чрезвычайно маленьким. В контексте рассуждений о скорости обмена спинномозговой жидкости такие различия кажутся необъяснимыми (Савельев, 2001). На самом деле причины таких морфологических различий вполне понятны. Скорость кровотока в сосудистом сплетении у птиц и млекопитающих намного выше, чем у рептилий, амфибий, хрящевых и костистых рыб, поэтому достаточный уровень обмена спинномозговой жидкости у холоднокровных обеспечивается большей площадью поверхности сосудистого сплетения. Отношение площадь поверхности сосудистого сплетения/объём мозга у низших позвоночных в несколько раз больше, чем у птиц или млекопитающих. Известны и «гипертрофированные» исключения из этого правила, например у бурого протоптера (Protopterus annectens) сосудистое сплетение закрывает собой почти всю дорсальную поверхность мозга.

Таким образом, изолированность и высокий уровень метаболизма нейронов головного мозга обеспечены двумя относительно независимыми системами. Одна из них представляет собой глиальные клетки, обеспечивающие метаболизм питательных веществ и кислорода, другая - эпендимные клетки сосудистого сплетения, фильтрующие через своё тело поток воды и электролитов из плазмы крови. Процессы разделены, поскольку даже при значительном недостатке пищи электрохимическая активность мозга поддерживается независимо. Это происходит благодаря эффективному и относительно независимому обмену спинномозговой жидкости и электролитов нервной системы (см. рис I-8; I-10; I-11).

Дополнительное внимание следует уделить изоляции периферической части нервной системы. Она является таким же забарьерным органом, как головной и спинной мозг. Все периферические нервы, ганглии, рецепторные и эффекторные окончания изолированы от иммунной системы организма. Нервы и ганглии окружает оболочка из особых клеток, которые называются шванновскими (см. рис. I-9; I-10). У позвоночных они происходят из клеток нервного гребня, как и большая часть периферической нервной системы. Обычный размер этих клеток, окружающих аксоны и дендриты нейронов, составляет около 1 мм. Шванновские клетки формируют изоляционный слой вокруг отростка нейрона при помощи своей мембраны, которая может образовывать множество витков. В сечении эта структура напоминает плотный рулет (рис. I-12). В случае особо скоростного проведения сигналов миелинизация может стать «матрёшечной»: внутри общей миелиновой оболочки может лежать высокоскоростной нерв, окружённый собственной многослойной миелиновой оболочкой. Обычно скорость проведения сигналов по таким нервам более 130 м/с. Зоны контактов отдельных шванновских клеток называются перехватами Ранвье.

Рис. I-12. Оболочки отростков нервных клеток (а, в) и синапсов (б).

Электронные фотографии. Схема основных типов синаптических контактов нервных клеток (г). Синапсы и контакты увеличены.

Оболочки отростков нервных клеток изолируют зоны проведения сигналов и увеличивают скорость их передачи. Синапсы обозначены зелёными стрелками.

В этих зонах часто располагаются складки мембраны аксонов, которые выходят наружу и формируют эффективно работающие соединения, синапсы. Места контакта нейронов с органами-мишенями также изолированы специализированными гомологами шванновских клеток. Отдельно необходимо пояснить ситуацию с миелинизированными и немиелинизированными (безмиелиновыми) волокнами. Под этим названием обычно понимают волокна, «лишённые» оболочек. Это название укрепилось в учебниках с конца XIX в., но не отражает реальной ситуации. Безмиелиновыми нервными волокнами микроскописты, использовавшие световой микроскоп, считали волокна без явных следов оболочек или миелина. Однако с помощью электронного микроскопа показано, что даже обонятельные нервы обладают небольшой оболочкой, состоящей из шванновских клеток.

Обычно одна шванновская клетка делает 1–2 оборота вокруг группы обонятельных волокон. Тем не менее нервные волокна изолированы на всём протяжении. Вполне понятно, что обновляющиеся обонятельные клетки не могут иметь развитой изолирующей оболочки, хотя в упрощённом виде она всегда присутствует. В периферической нервной системе нет неизолированных участков ганглиев, нейронов или их отростков и концевых разветвлений. Различия сводятся к степени миелинизации, а не к разным принципам строения. Следовательно, в головном и спинном мозге барьерные функции выполняют глиальные клетки, система сосудистых сплетений и олигодендроглия, в периферической нервной системе - шванновские клетки. Нервная система изолирована от остального организма, а нарушение этого барьера приводит к тяжелым аутоиммунным заболеваниям и гибели животного.

Взаимодействия между клетками

Нервные клетки взаимодействуют между собой и с остальными тканями организма. Обычно это прямой контакт. Нервное окончание получает информацию или передаёт её клеткам органа, но это не обязательно. Нервные клетки могут синтезировать гормоны, нейропептиды или другие соединения. Они выделяются в кровеносное русло и распространяются по гуморальным законам. Гормоны используются как генерализованные носители информации для управления всем организмом. Иногда они специфичны только для определённого органа-мишени, но в целом гормональная регуляция очень неспецифична и определяет только общую тенденцию в поведении. Выброс половых гормонов происходит под влиянием нервной системы, но их присутствие в организме в конечном счёте подчиняет себе и работу мозга. Мозг «вызывает их к жизни» и сам подчиняется им. Так, в период гона у копытных стратегически меняется поведенческая активность. Половые гормоны оказывают столь заметное влияние на мозг, что все другие формы поведения отходят на второй план или становятся подчинёнными. Достаточно попробовать плоды блестящей дрессировки любимого домашнего пса в присутствии течной суки.

В человеческом (приматном) сообществе действуют похожие законы. Весенняя гормональная активность преждевременно снимает шапки у мальчиков и оголяет коленки у девочек. Как правило, никакие «негормональные» доводы не действуют. Гормональная подчинённость нервной системы - это интеллектуальное горе человечества и гарантия его воспроизведения как биологического вида.

Размножаться, драться и добывать пищу лучше с использованием гормональной поддержки организма. Древние викинги грызли край щита, доводя до нужного уровень адреналина перед боем. Словесная перепалка на кухне вызывает выброс мобилизирующих гормонов, а через 10 мин становится ясно, как много веских слов и аргументов ещё не высказано. Следовательно, гормональные межклеточные взаимодействия, запускаемые нервной системой, хороши, но инертны, неадаптивны и не поддаются динамическому контролю. Трудно представить, что, собираясь отчаянно спорить, человек будет колоть себя шилом для гормональной мобилизации. Ещё менее вероятен волк, грызущий свой хвост для охотничьего возбуждения.

Для многих других видов гормональный контроль поведения позволяет просто статистически решать проблемы выживания. Для животных с выраженными генетическими программами поведения гормональная регуляция является одним из средств реализации врождённых форм поведения. Это свойственно беспозвоночным, первичноводным позвоночным, амфибиям, значительной части рептилий, птиц и специализированных млекопитающих. Такая распространённость генетико-гормональных форм поведения показывает их эффективность, но основана на вероятностном принципе. У таких видов обычно достаточно много потомков, чтобы хотя бы один из них смог выжить, просто перебирая стандартный набор поведенческих программ.

ГЭБ - это гематоэнцефалический полупроницаемый барьер, находящийся между кровью и нервной тканью организма. Он препятствует проникновению в ЦНС инфекций, перекрывает доступ к мозгу крупных, полярных молекул, болезнетворных микроорганизмов, и др. Физиологи и фармацевты обозначают этот барьер аббревиатурой ГЭБ.

При снижении иммунитета, когда организм ослаблен, его проницаемость повышается. Например, возбудитель менингита - менингококк, попадая в организм, закрепляется в верхних дыхательных путях. Развиваясь, он вызывает симптомы назофарингита (насморк). Но при ослабленном иммунитете возбудитель проникает через ГЭБ, поражает оболочки головного мозга, начинает развиваться менингит.

Помимо менингококка существует множество иных разнообразных возбудителей, способных проникать через этот барьер, поражая ЦНС. Также есть и лекарственные препараты, преодолевающие гэб, антибиотики, проникающие через гэб, подавляющие активность возбудителей.

Механизмы проникновения через ГЭБ

Существует два основных пути преодоления гематоэнцефалического барьера:

Гематогенный (основной) - когда вещества проникают с кровью через стенки капилляра;
- Ликворный (дополнительный) - когда вещества проникают с помощью цереброспинальной жидкости. В этом случае он служит промежуточным звеном между кровью и нервной (глиальной) клеткой.

Через Гэб легче всего проникают молекулы небольшого размера, в частности, кислород. Либо молекулы, которые легко растворяются в липидных компонентах мембран, находящихся в глиальных клетках. Например, молекулы спирта этанола.

Используя высокоспециализированные механизмы для преодоления ГЭБ, через него проникают различные вирусы, бактерии, грибки. Например, возбудители герпеса попадают в ЦНС через нервные клетки ослабленного организма.

Традиционная медицина, фармакология, используют преимущества ГЭБ. С учетом проницаемости барьера разрабатывают эффективные лекарственные препараты. Например, фармакологическая промышленность выпускает синтетические обезболивающие на основе морфина. Однако в отличие от морфина - чистого вещества, препараты на его основе не проникают сквозь гематоэнцефалический барьер. Поэтому такое лекарство эффективно избавит от боли, но не сделает пациента морфиновым наркоманом.

Большинство антибиотиков обладает проникающей способностью. Эти препараты незаменимы при лечении пациентов, когда инфекция преодолела барьер. Поэтому так важно использовать эти препараты для эффективного лечения. Однако их передозировка может привести к серьезным негативным последствиям - параличам и гибели нервов. Поэтому самолечение антибиотиками недопустимо.

Антибиотики проникающие через гэб

Гематоэнцефалический барьер обладает избирательной проницаемостью для тех или иных биологически активных веществ. В частности некоторые из них, например, катехоламины, практически лишены такой возможности. Хотя все же существуют небольшие участки по соседству с гипофизом, эпифизом и несколькими участками гипоталамуса, где эти вещества могут преодолеть барьер.

При назначении лечения учитывается проницаемость гематоэнцефалического барьера. Например, практическая гастроэнтерология учитывает этот фактор для оценки интенсивности побочных эффектов на органы пищеварения при применении определенных препаратов. В данном случае предпочтение отдается лекарствам, хуже преодолевающим гематоэнцефалический барьер.

Если говорить про антибиотики, проникающие через гэб, нужно упомянуть Нифурател. Этот антибиотик известен под торговой маркой Макмирор. Хорошо преодолевают барьер прокинетики 1 поколения: Церукал, Реглан, где действующим веществом является метоклопрамид, а также Бимарал, где активным веществом является Бромоприд.

Проникает через барьер и последующие поколения прокинетиков, например: Мотилиум, Мотилак, где активным веществом является Домперидон. А вот Ганатон и Итомед (действующее вещество Итоприд) уже хуже проникают через ГЭБ.

Но наибольшая степень проницаемости отмечена у антибиотиков: Цефазолина и Ампициллина.
Нужно также отметить, что проницаемость разных веществ через ГЭБ сильно различается. Например, жирорастворимые, средства обычно легче преодолевают его, чем водорастворимые.

Хорошо приникают через барьер такие соединения, как кислород, углекислый газ и никотин, а также этиловый спирт, героин и жирорастворимые антибиотики, например, Хлорамфеникол и др.

Какие антибиотики не проникают через ГЭБ?

Многие лекарственные препараты не обладают способностью преодолевать барьер, либо она сильно затруднена. В частности, к таким веществам относят амоксициллин. Этот антибиотик является активным веществом в таких препаратах, как Амоксициллин, Амоксисар, Амоксициллин Ватхэм, Амоксициллин натрия стерильный.

Известен он также под такими торговыми марками, как: Амоксициллин ДС, Амоксициллин Сандоз, Амоксициллина тригидрат, Данемокс, Оспамокс, Флемоксин Солютаб, Хиконцил, Экобол и др. Небольшая степень проницаемости у гентамицина, меропенема, цефотаксима и цефтриаксона.

В заключение необходимо отметить, что оценивать степень проникновения антибиотиков через
ГЭБ нужно не только по абсолютной концентрации назначаемых препаратов. Увеличить их проницаемость можно при совместном введении антибиотика и комплекса средств, который состоит из 1% раствора фуросемида, лидазы и БЛОК.

И, наоборот, совместное введение антибиотика с 40% раствора глюкозы, либо 25% раствора сернокислой магнезии понижает коэффициент проницаемости для всех известных антибиотиков. Имейте это в виду.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — это физиологический барьер, отделяющую кровь от цереброспинальной жидкости и внутренней среды центральной нервной системы, для того чтобы сохранить постоянство последнего. Концентрация многих веществ, таких как аминокислоты, гормоны, ионы металлов, в крови постоянно меняется особенно резко после приема пищи или физических нагрузок. Большинство органов могут терпеть такие изменения, однако на функционирование ЦНС они могли бы иметь пагубный характер приводя к хаотическому генерирования нервных импульсов отдельными нейронами, поскольку многие из веществ крови (например аминокислота глицин и гормон норадреналин) выполняют функцию нейромедиаторов, а некоторые ионы (например K +) могут изменять возбудимость нервных клеток.

Структура гематоэнцефалического барьера

В создании гематоэнцефалического барьера задействованы следующие структуры:

• Эндотелий капилляров, клетки которого надежно и близко соединены между собой с помощью плотных контактов, в результате чего капилляры ЦНС менее проницаемые во всем теле. Эта составляющая является важнейшим в создании ГЭБ.
• Сравнительно толстая базальная мембрана, окружающая снаружи каждый капилляр.
• Цибулиноподибни «ножки» астроцитов, которые плотно облепляют капилляры. Хотя эти структуры делают вклад в создание ГЭБ, их роль заключается не столько в непосредственном обеспечении непроницаемости, сколько в том, что они стимулируют эндотелиоциты к образованию плотных контактов.

Проницаемость гематоэнцефалического барьера

Гематоэнцефалический барьер имеет избирательную проницаемость: из него путем облегченной диффузии могут транспортироваться вещества необходимы для питания нервной системы: глюкоза (при участии транспортера GLUT 1), незаменимые аминокислоты и некоторые электролиты. Липиды (жиры, жирные кислоты) и низкомолекулярные жирорастворимые вещества (кислород, углекислый газ, этанол, никотин, анестетики) могут пассивно диффундировать через мембраны ГЭБ. Такие вещества как белки, большинство токсинов и продуктов метаболизма не могут его преодолеть, а низкомолекулярные заменимые аминокислоты и ионы калия даже активно скачиваются с мозга в кровь. В частности для поддержания низкой концентрации K + используется уникальный Na + -K + -2Cl — котранспортер.

Прохождение веществ в обратном направлении — с мозга в кровь — контролируется значительно меньше, потому что цереброспинальная вещество оттекает в венозное русло через ворсинки паутинной оболочки.

Распределение гематоэнцефалического барьера

ГЭБ не одинаков в разных участках центральной нервной системы, например в соединениях сплетениях (лат. Plexus choroideus) желудочков мозга капилляры хорошо пропускающие, однако они окружены клетками эпендимой, которые уже соединены между собой плотными контактами. Иногда барьер в соединениях сплетениях отличают от гематоэнцефалического и называют гемато-спинномозковоридинним, хотя они имеют много общего.

Некоторым функциональным структурам мозга гематоэнцефалический барьер препятствует выполнять их работу, поэтому они его лишены, эти участки объединены под названием навколошлуночкови органы, поскольку расположены вблизи желудочков мозга. Например центр рвоты у продолговатом мозге у четвертого желудочка, должен следить за наличием в крови ядовитых веществ. А гипоталамус, что находится на дне третьего желудочка, должен постоянно чувствовать химический состав крови чтобы регулировать водно-солевой баланс, температуру тела и многие другие физиологических показателей. В частности он проявляет активность в ответ на действие таких белков крови как ангиотензин II, что стимулирует питья, и интерлейкин-1, который вызывает лихорадку.

Гематоэнцефалический барьер также недоразвитый у новорожденных и младенцев, из-за чего они особенно чувствительны к токсическим веществам.

Клиническое значение

Способность определенных препаратов проникать через ГЭБ является важной характеристикой их фармакокинетики. В частности, ее важно учитывать при лечении органов нервной системы. Например некоторые антибиотики фактически не способны проникать в ткани головного и спинного мозга, тогда как другие делают это достаточно легко. ГЭБ задерживает амины дофамин и серотонин, но пропускает их кислотные предшественники — L-ДОФА и 5-гидрокситриптофан.

Важным клиническим наблюдением является то, что гематоэнцефалический барьер нарушается в зонах опухолевого роста — вновь капилляры не имеют нормальных контактов с астроцитами. Это помогает в диагностике новообразований в ЦНС: если использовать альбумин меченый 131 I, он будет проникать в первую очередь в ткань опухоли, благодаря чему ее можно будет локализовать.

Актуальность . Существование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) является необходимым и наиболее важным условием для нормального функционирования центральной нервной системы (ЦНС), поэтому одной из ключевых задач, решение которой имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение, является изучение механизмов функционирования ГЭБ. Известно, что физиологическая проницаемость ГЭБ уступает место патологической при различных видах патологии ЦНС (ишемия, гипоксия головного мозга, травмы и опухоли, нейродегенеративные заболевания), причем изменения проницаемости носят избирательный характер и зачастую являются причиной неэффективности фармакотерапии.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) - осуществляет активное взаимодействие между кровотоком и ЦНС, являясь высоко-организованной морфо-функциональной системой, локализованной на внутренней мембране сосудов головного мозга и включающей [1 ] церебральные эндотелиоциты и [2 ] комплекс поддерживающих структур: [2.1 ] базальную мембрану, к которой со стороны ткани мозга прилежат [2.2 ] перициты и [2.3 ] астроциты (имеются сообщения о том, что аксоны нейронов, которые содержат вазоактивные нейротрансмиттеры и пептиды, также могут вплотную граничить с эндотелиальными клетками, однако эти взгляды разделяются не всеми исследователями). За редким исключением ГЭБ хорошо развит во всех сосудах церебрального микроциркуляторного русла диаметром менее 100 мкм. Эти сосуды, включающие в себя собственно капилляры, а также пре- и посткапилляры, объединяются в понятие микрососуды.

Обратите внимание ! Только у небольшого количества образований головного мозга (около 1 - 1,5%) ГЭБ отсутствует. К таким образованиям относят: хориоидальные сплетения (основное), эпифиз, гипофиз и серый бугор. Однако и в этих структурах существует гематоликворный барьер, но иного строения.

читайте также пост: Нейроглия (на сайт)

ГЭБ выполняет барьерную (ограничивает транспорт из крови в мозг потенциально токсичных и опасных веществ: ГЭБ - высокоселективный фильтр), транспортную и метаболическую (обеспечивает транспорт газов, питательных веществ к мозгу и удаление метаболитов), иммунную и нейросекреторную функции, без которых невозможно нормальное функционирование ЦНС.

Эндотелиоциты . Первичной и важнейшей структурой ГЭБ являются эндотелиоциты церебральных микрососудов (ЭЦМ), которые значительно отличаются от аналогичных клеток других органов и тканей организма. Именно им отводится [!!! ] основная роль непосредственной регуляции проницаемости ГЭБ. Уникальными структурными характеристиками ЭЦМ являются: [1 ] наличие плотных контактов, соединяющих мембраны соседних клеток, как замок «молния», [2 ] высокое содержание митохондрий, [3 ] низкий уровень пиноцитоза и [4 ] отсутствие фенестр. Данные барьерные свойства эндотелия обусловливают очень высокое трансэндотелиальное сопротивление (от 4000 до 8000 W/см2 in vivo и до 800 W/см2 в кокультурах эндотелиоцитов с астроцитами in vitro) и практически полную непроницаемость монослоя барьерного эндотелия для гидрофильных веществ. Необходимые ЦНС питательные вещества (глюкоза, аминокислоты, витамины и пр.), а также все белки транспортируются через ГЭБ только активно (т.е. с затратой АТФ): либо путем рецептор-опосредованного эндоцитоза, либо с помощью специфических транспортеров. Основные отличия эндотелиоцитов ГЭБ и периферических сосудов представлены в таблице:

Кроме указанных особенностей, ЭЦМ ГЭБ секретируются вещества, регулирующие функциональную активность стволовых клеток ЦНС в постнатальном периоде: лейкемия ингибирующий фактор - LIF, нейротрофический фактор мозга - BDNF, костный морфоген - BMP, фактор роста фибробластов - FGF и др. ЭЦМ формируют и так называемое трансэндотелиальное электрическое сопротивление - барьер для полярных веществ и ионов.

Базальная мембрана . ЭЦМ окружает и поддерживает экстрацеллюлярный матрикс, который отделяет их от периэндотелиальных структур. Другое название данной структуры - базальная мембрана (БМ). Отростки астроцитов, окружающих капилляры, а также перициты внедрены в базальную мембрану. Экстрацеллюлярный матрикс является НЕклеточным компонентом ГЭБ. В состав матрикса входят ламинин, фибронектин, различные типы коллагенов, тенасцин и протеогликаны, экспрессируемые перицитами и эндотелиоцитами. БМ обеспечивает механическую поддержку окруженных ею клеток, отделяя эндотелиоциты капилляров от клеток ткани мозга. Кроме этого, она обеспечивает субстрат для миграции клеток, а также выступает в роли барьера для макромолекул. Адгезия клеток к БМ определяется интегринами - трансмембранными рецепторами, которые соединяют элементы цитокселета клетки с экстрацеллюлярным матриксом. БМ, окружая эндотелиоциты сплошным слоем, является последней физической преградой транспорту крупномолекулярных веществ в составе ГЭБ.

Перициты . Перициты являются удлиненными клетками, расположенными вдоль продольной оси капилляра, которые своими многочисленными отростками охватывают капилляры и посткапиллярные венулы, контактируют с эндотелиальными клетками, а также аксонами нейронов. Перициты передают нервный импульс от нейрона на эндотелиоциты, что приводит к накоплению или потере клеткой жидкости и, как следствие, изменению просвета сосудов. В настоящее время перициты считаются мало-дифференцированными клеточными элементами, участвующими в ангиогенезе, эндотелиальной пролиферации и воспалительных реакциях. Они оказывают стабилизирующий эффект на новые сформировавшиеся сосуды и приостанавливают их рост, влияют на пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток.

Астроциты . Работа всех транспортных систем ГЭБ контролируется астроцитами. Эти клетки окутывают своими окончаниями сосуды и контактируют непосредственно с эндотелиоцитами, оказывают существенное влияние на формирование плотных контактов между эндотелиоцитами и определяют свойства эндотелиоцитов ГЭБ. При этом эндотелиоциты приобретают способность к повышенной экструзии ксенобиотиков из ткани мозга. Астроциты, также как и перициты, являются посредниками в передаче регулирующих сигналов от нейронов к эндотелиоцитам сосудов через кальций-опосредованные и пуринергические взаимодействия.

Нейроны . Капилляры головного мозга иннервируются норадрен-, серотонин-, холин- и ГАМКергическими нейронами. При этом нейроны входят в состав нейроваскулярной единицы и оказывают существенное влияние на функции ГЭБ. Они индуцируют экспрессию ГЭБ-ассоциированных белков в эндотелиоцитах головного мозга, регулируют просвет сосудов головного мозга, проницаемость ГЭБ.

Обратите внимание ! Перечисленные выше структуры (1 - 5) составляют первый, [1 ] физический, или структурный компонент ГЭБ. Второй, [2 ] биохимический компонент, образован транспортными системами, которые расположены на люминальной (обращенной в просвет сосуда) и аблюминальной (внутренней или базальной) мембране эндотелиоцита. Транспортные системы могут осуществлять как перенос веществ из кровотока к мозгу (influx), так и/или обратный перенос из ткани мозга в кровоток (efflux).

Читайте также :

статья «Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний ЦНС. Часть 1: Строение и формирование гематоэнцефалического барьера» Блинов Д.В., ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ, Москва (журнал «Эпилепсия и пароксизмальные состояния» №3, 2013) [читать ];

статья «Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний ЦНС. Часть 2: Функции и механизмы повреждения гематоэнцефалического барьера» Блинов Д.В., ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ, Москва (журнал «Эпилепсия и пароксизмальные состояния» №1, 2014) [читать ];

статья «Основные функции гематоэнцефалического барьера» А.В. Моргун, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого (Сибирский медицинский журнал, №2, 2012) [читать ];

статья «Фундаментальные и прикладные аспекты изучения гематоэнцефалического барьера» В.П. Чехонин, В.П. Баклаушев, Г.М. Юсубалиева, Н.Е. Волгина, О.И. Гурина; Кафедра медицинских нанобиотехнологий РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Москва; ФГБУ «Государственный научный центр социальной и судебной психиатрии им. В.П. Сербского» МЗ РФ (журнал «Вестник РАМН» №8, 2012) [читать ];

статья «Проницаемость гематоэнцефалического барьера в норме, при нарушении развития головного мозга и нейро-дегенерации» Н.В. Кувачева и соавт., Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Министерства здравоохранения РФ, Красноярск (Журнал неврологии и психиатрии, №4, 2013) [читать ]

читайте также пост: Нейроваскулярная единица (на сайт)

© Laesus De Liro

Уважаемые авторы научных материалов, которые я использую в своих сообщениях! Если Вы усматривайте в этом нарушение «Закона РФ об авторском праве» или желаете видеть изложение Вашего материала в ином виде (или в ином контексте), то в этом случае напишите мне (на почтовый адрес: [email protected] ) и я немедленно устраню все нарушения и неточности. Но поскольку мой блог не имеет никакой коммерческой цели (и основы) [лично для меня], а несет сугубо образовательную цель (и, как правило, всегда имеет активную ссылку на автора и его научный труд), поэтому я был бы благодарен Вам за шанс сделать некоторые исключения для моих сообщений (вопреки имеющимся правовым нормам). С уважением, Laesus De Liro.

Posts from This Journal by “нейроанатомия” Tag

• … сосуды головного мозга имеют ряд уникальных структурных и функциональных характеристик, отличающие их от сосудов других органов и тканей. В…

• Островок (островковая доля)

  … единственная доля мозга, не имеющая выхода на его поверхность. Островковая доля (островок, инсула, или островок Рейля) (далее ОД) -…

• Нарушение ориентации в пространстве

  ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ ДЕЗОРИЕНТАЦИЯ Под топографической дезориентацией [у человека] понимают нарушение его способности узнавать местность и ее…

Биологические барьеры - совокупность биологических мембран, которые отделяют ткани друг от друга и регулируют проникновение (перенос) биологически активных веществ и лекарственных веществ, их распределение в организме.

Мембраны, образующие биологические барьеры в организме человека, представлены 4 типами. Каждый тип мембран регулирует проникновение субстанций в зависимости от их физических и химических свойств.

Общее название таких биологических барьеров - гистогематические (гист-, гистио-, гисто-; греч. Histion - уменьшительное от histos - ткань + haіma, haіmatos - кровь; синонимы: гистиоцитарный барьер, внутренний барьер,). Они регулируют обменные процессы и обеспечивают постоянство состава, физических и химических свойств тканевой жидкости, а также задерживают переход к ней из крови чужеродных соединений и промежуточных продуктов обмена, создавая адекватное среду для выполнения специфических функций клеточных элементов. Гистогематический биологический барьер - липидопроницаемая мембрана, которая разделяет сравнительно небольшой внутрисосудистый сектор (плазма крови - приблизительно у человека 3,5 литров за исключением форменных элементов крови) от межклеточного (интерстициального) сектора жидкости (в среднем приблизительно у человека 10,5 л), из которого в клетки поступает все необходимое. Различают гематоэнцефалический, гематогепатический, гематолабиринтний, гематолиенальный, гематоофтальмический, гематопульмональний, гематоренальний, гематотестикулярный, печеночный, плацентарный, гематолимфатичный, гематосиновиальний и другие биологические барьеры.

Основными структурными элементами гистогематического барьера является стенки кровеносных капилляров, имеющие особенности строения их эндотелиальных клеток, структурными особенностями основного вещества (гликозаминогликанов) и базальной мембраны сосудов; в мозге - периваскулярные ножки астроглии, которые пролегают до капилляров. Гистогематические биологические барьеры - саморегулирующиеся системы, предназначенные для нормального течения метаболических процессов в органах и тканях. Эти системы подлежат гуморальным и нервным влияниям.

Гематоэнцефалический биологический барьер

Гематоэнцефалический биологический барьер (от греческого - Haіma - кровь и enkephalos - головной мозг; синоним: мозговой барьер) - гистогематические барьеры между кровью и цереброспинальной жидкостью. Он образован структурой плотных контактов клеток эндотелия и стенки капилляров, базальной мембраной, которая окружает капилляры, и нейроглийными клетками, которые плотно прилегают к капиллярам. Обладает двойной функции - регуляторная и защитная. Функции барьера зависят от проницаемости менингеальных оболочек, сосудистых сплетений мозга, мезодермальных структур и ультраструктурных элементов в виде мембранных механизмов. Переход субстанций из крови в мозг происходит двумя путями: непосредственно в мозг и с цереброспинальной жидкостью. Скорость прохождения лекарственного вещества через этот биологический барьер зависит от ее растворимости в липидах. Липофильные вещества (диэтиловый эфир, фторотан) легко проникают в мозг, плохорастворимые вещества (тубокурарин, дитилин, метацин и др.) почти не проникают в ткань мозга. Проникновение в мозг чужеродных веществ связано с нарушением защитной функции гематоэнцефалического биологического барьера, что приводит в некоторых случаях к развитию патологических процессов.

Гематогепатический биологический барьер

Гематогепатический биологический барьер (от греческого слова - Haіma - кровь + hepar - печень) определяет относительное постоянство свойств и состава внутренней среды печени и имеет две функции - защитную и регуляторную. Первая функция регулирует проникновение в печень физиологически активных веществ; вторая - защищает от проникновения в печень чужеродных веществ.

Гематолабиринтный биологический барьер

Гематолабиринтный биологический барьер - специализированное барьерное образования, селективная проницаемость которого является существенным фактором нормальной функции звукового и вестибулярного анализаторов.

Определяет проникновения в лабиринт как физиологически активных биогенных, так и других лекарственных веществ.

Гематолиенальный биологический барьер

Гематолиенальный биологический барьер (от греческого слова - Haіma - кровь + lien - селезенка) находится между кровью и тканевой жидкостью селезенки; имеет регуляторные и защитные функции.

Гематоофтальмический биологический барьер

Гематоофтальмический биологический барьер (от греческого слова Haіma - кровь + ophthalmos - глаз) является физиологическим механизмом, который выполняет барьерную функцию относительно прозрачных сред глаза. Регулирует относительное постоянство состава внутриглазной жидкости, влияет на метаболизм роговицы глаза, хрусталика и других тканей глаза. В генезе внутриглазной жидкости важнейшая роль принадлежит эпителию цилиарного тела и эпителию капилляров. Они являются главными анатомическими барьерами, через которые осуществляется обмен между внутриглазной жидкостью и кровью.

Гематопульмональный биологический барьер

Гематопульмональный биологический барьер (от греческого слова Haіma - кровь и латинского - Pulmo - легкое) регулирует, защищает относительное постоянство состава и свойств внутренней среды легких, гомеостаз легочной ткани. Чуждые организму субстанции накапливаются в легких чрезвычайно медленно. Наряду с этим антибиотики при электрофоретической ингаляции в значительных количествах накапливаются в органах дыхания. Но это касается специфических антибиотиков, используемых при терапии легочных болезней.

Гематоренальный биологический барьер

Гематоренальный биологический барьер (от греческого слова - Haіma - кровь и латинского слова Ren - почка) находится между кровью и сосудистой системой почки имеет защитную и регуляторную функции, участвует в регуляции обмена веществ, энергии и электролитов.

Гематотестикулярный биологический барьер

Гематотестикулярный биологический барьер (от греческого слова - Haіma - кровь и латинского - Testis - яичко) - это биологическая мембрана, отделяющая кровь от яичка.

Печеночный биологический барьер

Печеночный биологический барьер - общее название биохимических и физиологических процессов, происходящих в печени, направленных на детоксикацию ядовитых веществ, которые образуются в результате обмена или поступают извне.

Плацентарный биологический барьер

Плацентарный биологический барьер - биологическая мембрана, отделяющая кровь матери от крови эмбриона и плода. Вещества и лекарственные препараты с молекулярной массой меньше 500 D быстро проходят через плацентарный барьер; для веществ с молекулярной массой более 1000 D плацента практически непроницаема. Также на проницаемость лекарственных препаратов через плацентарный барьер влияют растворимость их в липидах, способность связываться с белками плазмы крови, степень ионизации, активность ферментов плаценты, способных биотрансформуваты эти лекарственные препараты (до 32-35 недель беременности проницаемость плаценты повышается). Зная свойства проницаемости лекарственных препаратов, можно способствовать их активности или предотвращать развитие их токсического воздействия на плод.