Гематоэнцефалический барьер его строение и значение: гэб
ГЕМАТО-ЭНЦЕФАЛИЧЕСКИЙ БАРЬЕР (греч, haima, haimat[os] кровь + лат. encephalon, от греч, enkephalos головной мозг) — физиологический механизм, избирательно регулирующий обмен веществ между кровью и центральной нервной системой. Г.-э.
ГЭБ. Его значение для структуры и функции мозга
б. осуществляет также защитную функцию, препятствуя проникновению в цереброспинальную жидкость и мозг (головной и спинной) некоторых чужеродных веществ, попадающих в кровь, и промежуточных продуктов обмена веществ, образующихся в организме при некоторых патол, состояниях. Поэтому условно различают тесно связанные между собой защитную и регулирующую функции Г.-э. б., обеспечивающие относительную неизменность состава, физ.-хим. и биол, свойств цереброспинальной жидкости и адекватность микросреды отдельных нервных элементов.
На существование механизма, ограничивающего переход некоторых хим. соединений, в основном красителей, из крови в мозг, указывали П. Эрл их (1885), М. Левандовский, (1900), Гольдманн (E. Goldmann, 1913) и др. Термин «гемато-энцефалический барьер» предложен Л. С. Штерн и Готье (R. Gauthier) в 1921 г. Штерн, основываясь на анализе большого экспериментального материала, впервые сформулировала физиол, основы учения о Г.-э. б. и определила значение Г.-э. б. для деятельности ц. н. с.
Морфол, субстратом Г.-э. б. являются анатомические элементы, расположенные между кровью и нейронами: эндотелий капилляров, базальная мембрана клетки, глия, сосудистые сплетения, оболочки мозга. Большое значение в структурах Г.-э. б. имеет так наз. основное вещество, в состав к-рого входят комплексы белка и полисахаридов — мукополисахариды. Многие авторы особую роль в осуществлении функции Г.-э. б. приписывают клеткам нейроглии. Конечные периваскулярные (присосковые) ножки астроцитов, прилегающие к наружной поверхности капилляров, могут избирательно экстрагировать из кровотока вещества, необходимые для питания нейронов, и возвращать в кровь продукты их обмена [Брайерли (J. В. Brierley), 1957]. При этом во всех структурах Г.-э. б. могут происходить ферментативные реакции, способствующие перестройке, окислению, нейтрализации и разрушению поступающих из крови веществ (А. Лабори, 1964).
Оценка регулирующей функции производится путем определения коэффициента проницаемости (точнее, коэффициента распределения), т. е. отношения концентрации того или иного вещества в цереброспинальной жидкости к его концентрации в сыворотке крови. Для большинства изучаемых элементов крови коэффициент проницаемости меньше единицы и лишь для ионов магния и хлора он больше единицы. Величина коэффициента зависит от состава крови и цереброспинальной жидкости.
Применение радиоизотопной индикации (см. Радиоизотопная диагностика) привело к нек-рому пересмотру представления о Г.-э. б. Установлено, что проницаемость Г.-э. б. неодинакова в различных отделах мозга и в свою очередь может по-разному изменяться. Получила широкое распространение теория множественности барьерных образований (система мозговых барьеров), функционирующих в зависимости от химизма и меняющихся потребностей тех или иных нервных структур. Установлено, что в мозге имеются «безбарьерные» зоны (area postrema, нейрогипофиз, ножка гипофиза, эпифиз, серый бугор), куда введенные в кровь вещества поступают почти беспрепятственно. В некоторых отделах мозга (напр., в гипоталамусе) проницаемость Г.-э. б. по отношению к биогенным аминам, электролитам, нек-рым чужеродным веществам выше, чем в других отделах мозга, что обеспечивает своевременное поступление гуморальной информации в высшие вегетативные центры; возникновение некоторых патол, процессов (нарушение механизмов регуляции функций, вегетативные расстройства, диэнцефальные синдромы и др.) может быть связано с повышением или снижением проницаемости Г.-э. б.
Защитная и регулирующая функции Г.-э. б. изучаются у человека и животных в онто- и филогенезе, а также при различных состояниях организма — во время менструации и беременности, при изменениях температуры тела и окружающей среды, в условиях нарушенного питания, голодания и авитаминоза, при утомлении, бессоннице, эндокринных и вегетативных дисфункциях, асфиксии, нервных расстройствах и расстройствах внутренних органов, инфекциях, наркозе, черепно-мозговой травме, шоке, введении различных фармакол, препаратов, воздействии ионизирующего излучения и т. д. Так, в частности, установлено, что в процессе филогенеза нервные клетки становятся более чувствительными к изменениям состава и свойств окружающей их среды. Это ведет к совершенствованию барьерных механизмов ц. н. с. Так, напр., некоторые вещества легко проникают из крови в мозг у низкоорганизованных, но задерживаются Г.-э. б. у более высокоорганизованных организмов. Кроме того, Г.-э. б. отличается высокой проницаемостью у эмбрионов и новорожденных по сравнению с взрослым организмом. Существует предположение, что высокая лабильность нервной системы у детей в известной степени зависит от повышенной проницаемости их Г.-э.
б.
Большое теоретическое и практическое значение имеет вопрос о селективности (избирательной проницаемости) Г.-э. б. по отношению к веществам, нередко близким друг к другу по хим. строению и биол, свойствам. Так, напр., L-дофа в ц. н. с. проникает легко, а D-дофа и дофамин задерживаются. Селективность Г.-э. б. при переходе веществ из крови в спинномозговую жидкость и ц. н. с. значительно более выражена, чем при переходе из спинномозговой жидкости в кровь. Г.-э. б. в данном случае подобен селективному фильтру в направлении кровь — ц. н. с. или предохранительному клапану в обратном направлении (Л. С. Штерн и Готье, 1918).
Согласно современным представлениям, Г.-э. б. является саморегулирующейся системой, состояние к-рой зависит от потребностей нервных клеток и уровня метаболических процессов не только в самом мозге, но и в других органах и тканях организма. Проницаемость Г.-э. б. регулируется нервными и гуморальными механизмами. Вместе с тем еще нет теории, полностью объясняющей закономерность перехода различных веществ из крови в цереброспинальную жидкость и ткани мозга.
Изучение защитной функции Г.-э. б. имеет особое значение для выявления патогенеза и в терапии заболеваний ц. н. с. Снижение проницаемости барьера способствует проникновению в ц. н. с. не только чужеродных веществ, но и продуктов нарушенного метаболизма; в то же время повышение сопротивляемости Г.-э. б. закрывает (частично или полностью) путь зазащитным телам, гормонам, метаболитам, медиаторам. Крайне ограниченная проницаемость Г.-э. б. по отношению к нек-рым химиотерапевтическим препаратам, применяемым в клин, практике (соединениям мышьяка, висмута, ртути и др.), к антибиотикам (напр., пенициллину, стрептомицину), антителам (антитоксинам, агглютининам, гемолизинам) нередко является препятствием при лечении заболеваний ц. н. с. Предложены различные методы повышения проницаемости Г.-э. б. (перегревание или переохлаждение организма, воздействие рентгеновскими лучами, прививка малярии и т. д.), однако они не всегда эффективны. В этих случаях возможно введение фармакол. препаратов, леч. сывороток, биологически активных веществ непосредственно в цереброспинальную жидкость (поясничным или подзатылочным уколом по Штерн).
Для изучения функции Г.-э. б. применяются обычно вещества, проникающие в цереброспинальную жидкость и мозг в незначительных количествах. С этой целью в экспериментах на животных чаще всего в кровь вводят кислые (в первую очередь трипановый синий) или основные красители, соли йодистоводородной, пикриновой или салициловой к-т и определяют их содержание (количественная или качественная проба) в цереброспинальной жидкости и ткани мозга. Широкое применение нашли методы авторадиографии (см.), гистол., химии, электронной микроскопии. ; В клин, практике предложены бромный, йодный, салициловый, нитратный, ураниновый, гемолизиновый, глюкозный и другие методы исследования Г.-э. б. По Вальтеру (F. Walter, 1929), вещества, применяемые с этой целью, должны удовлетворять следующим требованиям: распределяться в крови и цереброспинальной жидкости до того, как наступает их выделение, не расщепляться в организме и не связываться с белками; они не должны изменять состояние Г.-э. б. и приносить вред организму. Необходимо выбирать индикатор, поддающийся точному количественному определению.
С известными предосторожностями для исследования состояния Г.-э. б. радиоизотопный метод может быть использован и у человека.
См. также Барьерные функции, Цереброспинальная жидкость.
Библиография: Кассиль Г. Н. Гемато-энцефалический барьер, М., 1963; Штерн Л. С. Непосредственная питательная среда органов и тканей, Физиологические механизмы, определяющие ее состав и свойства, М., 1960; В a k а у L. The blood-brain barrier, with special regard to the use of radioactive isotopes, Springfield, 1956; Brain-barrier systems ed. by A. Lajtha, Amsterdam, 1968; Dob-b i n g J. The blood-brain barrier, Physiol. Rev., v. 41, p. 130, 1961; Handbook of physiology, sec. 1 — Neurophysiology, ed. by J. Field a. o., v. 3, Washington, 1960.
Г. H. Кассиль.
Хорошие Лекции — 7. Гематоэнцефалический барьер.
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.
Особенности морфологического строения гематоэнцефалического барьера
Капилляры мозга отличаются тем, что
эндотелиальные клетки не обладают ни
порами, ни фенестрами. Соседние клетки
черепицеобразно накладываются одна на
другую. В области стыков клеток
находятся замыкательные пластинки.
Базальная мембрана имеет трехслойное
строение и содержит мало перицитов.
Главное отличие этой структуры
—наличие глиальных элементов
расположенных между кровеносным сосудом
и нейроном. Отростки астроцитов
формируют своеобразный футляр вокруг
капилляра, это исключает проникновение
веществ в мозговую ткань, минуя глиальные
элементы. Имеются перинейрональные
глиоциты, находящиеся в тесном контакте
с нейронами. В состав ГЭБ входит
внеклеточное пространство, заполненное
основным
аморф^™ веществом углеводно-белковой
природы (мукополисахариды и мукопротеины).
Функции гематоэнцефалического барьера
Гематоэнцефалический барьер выполняет
ряд функций.
Защитнаязаключается в задержке
доступа из крови в нервную ткань
различных веществ, могущих оказать
повреждающее действие на мозг.
Регуляторная функциязаключается
в поддержании состава и постоянства
цереброспинальной жидкости. Даже при
изменении состава крови константы
цереброспинальной жидкости не изменяются.
ГЭБ работает как селективный фильтр,пропускающий в цереброспинальную
жидкость одни вещества и не пропускающий
другие, которые могут циркулировать в
крови, но чужды мозговой ткани. Так,
не проходят через ГЭБ адреналин,
норадреналин, ацетилхолин, дофамин,
серотонин, гамма-аминомасляная кислота
(ГАМК), пенициллин, стрептомицин. Билирубин
всегда находится в крови, но никогда,
даже при желтухе, он не проходит в мозг,
оставляя неокрашенной лишь нервную
ткань. Поэтому трудно получить эффективную
концентрацию какого-либо лекарственного
препарата, чтобы оно достигло паренхимы
мозга. Проходят через ГЭБ морфий, атропин,
бром, стрихнин, кофеин, эфир, уретан,
алкоголь и гамма-оксимасляная кислота
(ГОМК). При лечении, например, туберкулезного
менингита стрептомицин вводят
непосредственно в цереброспинальную
жидкость, минуя барьер с помощью
люмбальной пункции.
Необходимо учесть необычность действия
многих веществ, введенных непосредственно
в цереброспинальную жидкость. Трипановый
синий при введении в цереброспинальную
жидкость вызывает судороги и смерть,
аналогичное действие оказывает желчь.
Ацетилхолин, введенный непосредственно
в мозг, действует как адреномиметик,
а адреналин, наоборот, -как холиномиметик: артериальное давление
понижается, возникает брадикардия,
температура тела вначале снижается, а
потом повышается. Он вызывает наркотический
сон, заторможенность и аналгезию. Ионы
К+выступают в качестве
симпатомиметика, а Са2+
—парасимпатомиметика. Лобелии
-рефлекторный стимулятор дыхания,
проникая через ГЭБ, вызывает ряд побочных
реакций (голокружение, рвоту, судороги).
Инсулин при внутримышечных инъекциях
снижает содержание сахара крови, а при
непосредственном введении в
цереброспинальную жидкость
—повышает.
Защитная функция ГЭБ менее развита к
моменту рождения и в раннем возрасте,
формируясь в постнатальном периоде.
Поэтому у ребенка при различных
заболеваниях часто появляются судороги
и значительно повышается температура
тела, что указывает на легкое проникновение
в цереброспинальную жидкость токсических
веществ, у взрослого человека такие
явления не наблюдаются.
Гематоэнцефалический барьер
Термин
«гематоэнцефалический барьер» (от гр.
haima
-кровь, encephalon
— мозг) был предложен Л.С.Штерн и Р.Готье
в 1921 г. Гематоэнцефалический барьер
(ГЭБ) принадлежит к числу внутренних,
или гистогематических, барьеров
(гематоофтальмического, легочного,
перикардиального, перитонеального и
других),
которые отгораживают непосредственную
питательную среду
отдельных органов от универсальной
внутренней среды крови. Было показано,
что если ввести витальную краску —
трипановый
синий в кровеносное русло, то при
интенсивном окрашивании
всех органов не окрашенной остается
только центральная нервная система.
Краска была обнаружена только в
эпителиальных клетках сосудистых
сплетений. Вещества оказываются
эффективными
лишь при введении их непосредственно
в цереброспинальную
жидкость.
Гематоэнцефалический
барьер — это комплексный физиологический
механизм, находящийся в центральной
нервной системе
на границе между кровью и нервной тканью
и регулирующий поступление
из крови в цереброспинальную жидкость
и нервную ткань
циркулирующих в крови веществ.
Особенности
морфологического строения
гематоэнцефалического
барьера
Капилляры
мозга отличаются тем, что эндотелиальные
клетки не
обладают ни порами, ни фенестрами.
Соседние клетки черепицеобразно
накладываются одна на другую. В области
стыков клеток находятся замыкательные
пластинки. Базальная мембрана имеет
трехслойное строение и содержит мало
перицитов. Главное отличие этой структуры
— наличие глиальных элементов,
расположенных между кровеносным сосудом
и нейроном. Отростки
астроцитов формируют своеобразный
футляр вокруг капилляра,
это исключает проникновение веществ
в мозговую ткань, минуя
глиальные элементы. Имеются перинейрональные
глиоциты,
находящиеся в тесном контакте с
нейронами. В состав ГЭБ входит
внеклеточное пространство, заполненное
аморфным
веществом углеводно-белковой природы
(мукополисахариды
и мукопротеины).
Функции гематоэнцефалического барьера
Гематоэнцефалический
барьер выполняет ряд функций.
Защитная
заключается
в задержке доступа из крови в нервную
ткань различных веществ, могущих оказать
повреждающее действие
на мозг.
Регуляторная
функция заключается
в поддержании состава и постоянства
цереброспинальной жидкости. Даже при
изменении состава крови константы
цереброспинальной жидкости не
изменяются.
ГЭБ
работает как селективный
фильтр, пропускающий
в цереброспинальную жидкость одни
вещества и не пропускающий другие,
которые могут циркулировать в крови,
но чужды мозговой
ткани. Так, не проходят через ГЭБ
адреналин, норадреналин, ацетилхолин,
дофамин, серотонин, гамма-аминомасляная
кислота
(ГАМК), пенициллин, стрептомицин.
Билирубин всегда находится
в крови, но никогда, даже при желтухе,
он не проходит в мозг,
оставляя неокрашенной лишь нервную
ткань. Поэтому трудно
получить эффективную концентрацию
какого-либо лекарственного
препарата, чтобы оно достигло паренхимы
мозга. Проходят
через ГЭБ морфий, атропин, бром, стрихнин,
кофеин, эфир,
уретан, алкоголь и гамма-оксимасляная
кислота (ГОМК). При
лечении, например, туберкулезного
менингита стрептомицин
вводят непосредственно в цереброспинальную
жидкость, минуя барьер с помощью
люмбальной пункции.
Необходимо
учесть необычность действия многих
веществ, введенных
непосредственно в цереброспинальную
жидкость. Трипановыи
синий при введении в цереброспинальную
жидкость вызывает
судороги и смерть, аналогичное действие
оказывает желчь.
Ацетилхолин, введенный непосредственно
в мозг, действует
как адреномиметик, а адреналин, наоборот,
— как холиномиметик:
артериальное давление понижается,
возникает брадикардия,
температура тела вначале снижается, а
потом повышается. Он
вызывает наркотический сон, заторможенность
и аналгезию. Ионы
К+
выступают в качестве симпатомиметика,
а Са2+
— пара-симпатомиметика. Лобелии —
рефлекторный стимулятор дыхания,
проникая через ГЭБ, вызывает ряд побочных
реакций (головокружение,
рвоту, судороги). Инсулин при внутримышечных
инъекциях снижает содержание сахара
крови, а при непосредственном
введении в цереброспинальную жидкость
— повышает.
Защитная
функция ГЭБ менее развита к моменту
рождения и в
раннем возрасте, формируясь в постнатальном
периоде. Поэтому
у ребенка при различных заболеваниях
часто появляются судороги
и значительно повышается температура
тела, что указывает
на легкое проникновение в цереброспинальную
жидкость токсических
веществ, у взрослого человека такие
явления не наблюдаются.
§ 7. Гематоэнцефалический барьер. Происхождение мозга
§ 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.
Поделитесь на страничке
Следующая глава >
Гематоэнцефалический барьер — Blood–brain barrier
Полупроницаемая граница капилляров, обеспечивающая избирательный переход компонентов крови в мозг
Гематоэнцефалический барьер ( ГЭБ ) является высоко селективной полупроницаемой границей эндотелиальных клеток , что предотвращает растворенные вещества в циркулирующей крови из неизбирательно перехода в в внеклеточную жидкость в центральной нервной системе , где нейроны находятся. Гематоэнцефалический барьер образован эндотелиальными клетками стенки капилляра , кончиками астроцитов, покрывающими капилляр, и перицитами, встроенными в базальную мембрану капилляров.. Эта система позволяет проходить некоторым молекулам за счет пассивной диффузии , а также избирательно переносить различные питательные вещества, ионы, органические анионы и макромолекулы, такие как глюкоза, вода и аминокислоты, которые имеют решающее значение для нервной функции.
Гематоэнцефалический барьер ограничивает прохождение патогенов , диффузию растворенных веществ в крови и больших или гидрофильных молекул в спинномозговую жидкость , позволяя при этом диффузию гидрофобных молекул (O 2 , CO 2 , гормоны) и малых полярных молекул. Клетки барьера активно транспортируют продукты метаболизма, такие как глюкоза, через барьер, используя специфические транспортные белки .
Специализированные мозговые структуры, участвующие в сенсорной и секреторной интеграции в нервных цепях головного мозга — окружающие желудочки органы и сосудистое сплетение — имеют очень проницаемые капилляры.
Структура
Астроциты 1 типа, окружающие капилляры головного мозга
Эскиз, показывающий строение кровеносных сосудов головного мозга
Гематоэнцефалический барьер является результатом селективности плотных контактов между эндотелиальными клетками капилляров головного мозга, ограничивая прохождение растворенных веществ. На границе между кровью и мозгом к эндотелиальным клеткам непрерывно примыкают эти плотные соединения, которые состоят из более мелких субъединиц трансмембранных белков , таких как окклюдин , клаудины , соединительная молекула адгезии . Каждый из этих трансмембранных белков заякорен в эндотелиальных клетках другим белковым комплексом, который включает белок 1 плотного соединения и связанные с ним белки.
Гематоэнцефалический барьер состоит из эндотелиальных клеток, ограничивающих прохождение веществ из крови более избирательно, чем эндотелиальные клетки капилляров в других частях тела. Астроцитов проекции клеток , называемых астроцитарные футов (также известный как « пограничная глиальная мембрана ») окружают эндотелиальные клетки BBB, обеспечивая биохимическую поддержку этих клеток. ГЭБ отличается от очень похожего гемато-спинномозгового жидкостного барьера , который является функцией хориоидальных клеток сосудистого сплетения , и гемато-ретинального барьера , который можно рассматривать как часть целого царства таких барьеров.
Некоторые области человеческого мозга не находятся на мозговой стороне ГЭБ. Некоторые примеры этого включают окружные желудочковые органы , крышу третьего и четвертого желудочков , капилляры шишковидной железы на крыше промежуточного мозга и эпифиз . Шишковидная железа выделяет гормон мелатонин «непосредственно в системный кровоток», поэтому на мелатонин не влияет гематоэнцефалический барьер.
Развитие
К моменту рождения гематоэнцефалический барьер функционирует. Р-гликопротеин , переносчик , уже существует в эндотелии эмбриона.
Измерение поглощения мозгом различных растворенных веществ, переносимых с кровью, показало, что эндотелиальные клетки новорожденного были функционально подобны таковым у взрослых, что указывает на то, что селективный ГЭБ действует при рождении.
Функция
Гематоэнцефалический барьер эффективно защищает мозг от циркулирующих патогенов . Соответственно, инфекции головного мозга, передающиеся через кровь, встречаются редко. Возникающие инфекции головного мозга часто трудно поддаются лечению. Антитела слишком велики, чтобы преодолевать гематоэнцефалический барьер, и только некоторые антибиотики могут проходить через них. В некоторых случаях лекарство необходимо вводить непосредственно в спинномозговую жидкость, откуда оно может попасть в мозг, пересекая гематоэнцефалический барьер .
Гематоэнцефалический барьер может стать негерметичным при некоторых неврологических заболеваниях , таких как боковой амиотрофический склероз , эпилепсия , травмы головного мозга и отек, а также при системных заболеваниях , таких как печеночная недостаточность . Гематоэнцефалический барьер становится более проницаемым во время воспаления , что потенциально позволяет антибиотикам и фагоцитам перемещаться через ГЭБ.
Циркументрикулярные органы
Циркумвентрикулярные органы (CVO) представляют собой отдельные структуры, расположенные рядом с четвертым или третьим желудочком в головном мозге, и характеризуются плотным капиллярным руслом с проницаемыми эндотелиальными клетками, в отличие от гематоэнцефалического барьера. К CVO, имеющим высокопроницаемые капилляры, относятся зона postrema , субфорный орган , сосудистый орган lamina terminalis , срединное возвышение , шишковидная железа и три доли гипофиза .
Проницаемые капилляры сенсорных CVO (область postrema, субфорный орган, сосудистый орган lamina terminalis) позволяют быстро обнаруживать циркулирующие сигналы в системной крови, а секреторные CVO (срединное возвышение, шишковидная железа, доли гипофиза) облегчают транспортировку мозга — поступают сигналы в циркулирующую кровь. Следовательно, проницаемые для CVO капилляры являются точкой двунаправленной связи между кровью и мозгом для нейроэндокринной функции.
Специализированные проницаемые зоны
Пограничные зоны между тканью мозга «позади» гематоэнцефалического барьера и зонами, «открытыми» для сигналов крови в некоторых CVO, содержат специализированные гибридные капилляры, которые более проницаемы, чем типичные капилляры мозга, но не так проницаемы, как капилляры CVO. Такие зоны существуют на границе области postrema — nucleus tractus solitarii (NTS) и срединного возвышения — дугообразного ядра гипоталамуса . Эти зоны, по-видимому, функционируют как области быстрого транзита для структур мозга, участвующих в различных нервных цепях, таких как NTS и дугообразное ядро, для приема сигналов крови, которые затем передаются в нервный сигнал. Проницаемая капиллярная зона, разделяемая между срединным возвышением и дугообразным ядром гипоталамуса, дополнена широкими перикапиллярными пространствами, облегчая двунаправленный поток растворенных веществ между двумя структурами и указывая на то, что срединное возвышение является не только секреторным органом, но также может быть сенсорным органом. .
Исследование
Как мишень для наркотиков
Гематоэнцефалический барьер образован эндотелием капилляров головного мозга и исключает из мозга 100% крупномолекулярных нейротерапевтических средств и более 98% всех низкомолекулярных лекарств. Преодоление трудности доставки терапевтических агентов в определенные области мозга представляет собой серьезную проблему при лечении большинства заболеваний головного мозга. Выполняя нейропротекторную роль, гематоэнцефалический барьер препятствует доставке многих потенциально важных диагностических и терапевтических средств в мозг. Терапевтические молекулы и антитела, которые в противном случае могли бы быть эффективными в диагностике и терапии, не проникают через ГЭБ в адекватных количествах.
Механизмы нацеливания лекарств в мозг включают прохождение либо «сквозь», либо «позади» ГЭБ. Способы доставки лекарств в мозг в единичных дозах через ГЭБ влекут за собой его нарушение осмотическим или биохимическим путем с помощью вазоактивных веществ, таких как брадикинин , или даже путем локального воздействия сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) .
Другие методы, используемые для прохождения через ГЭБ, могут повлечь за собой использование эндогенных транспортных систем, включая опосредованные носителями транспортеры, такие как носители глюкозы и аминокислот, опосредованный рецепторами трансцитоз для инсулина или трансферрина и блокирование активных переносчиков оттока, таких как p -гликопротеин . Некоторые исследования показали, что векторы, нацеленные на переносчики ГЭБ, такие как рецептор трансферрина , остаются захваченными в эндотелиальных клетках капилляров головного мозга, вместо того, чтобы переноситься через ГЭБ в целевую область.
Наночастицы
Нанотехнология находится в стадии предварительных исследований на предмет ее способности облегчить передачу лекарств через ГЭБ. Эндотелиальные клетки капилляров и связанные с ними перициты могут быть аномальными в опухолях, а гематоэнцефалический барьер не всегда может быть неповрежденным в опухолях мозга. Другие факторы, такие как астроциты , могут способствовать устойчивости опухолей головного мозга к терапии с использованием наночастиц. Жирорастворимые молекулы массой менее 400 дальтон могут свободно диффундировать мимо ГЭБ за счет пассивной диффузии, опосредованной липидами .
Болезнь Альцгеймера
Предварительные исследования показывают, что у людей с болезнью Альцгеймера на ранней стадии может наблюдаться «протекающий» ГЭБ. Капиллярная форма церебральной амилоидной ангиопатии , состояние, часто сопутствующее болезни Альцгеймера из-за роли бета-амилоидного белка, также связана с повышенной проницаемостью ГЭБ.
История
Пол Эрлих был бактериологом, изучающим окрашивание — процедуру, которая используется во многих микроскопических исследованиях, чтобы сделать тонкие биологические структуры видимыми с помощью химических красителей. Когда Эрлих вводил некоторые из этих красителей (особенно анилиновые красители , которые тогда широко использовались), краситель окрашивал все органы некоторых видов животных, за исключением их мозга . В то время Эрлих объяснял это отсутствие окрашивания тем, что мозг просто не собирал столько красителя.
Однако в более позднем эксперименте в 1913 году Эдвин Гольдманн (один из учеников Эрлиха) ввел краситель непосредственно в спинномозговую жидкость мозга животных. Затем он обнаружил, что мозг действительно стал окрашенным, а остальная часть тела — нет, что продемонстрировало существование разделения между ними. В то время считалось, что за барьер отвечают сами кровеносные сосуды , поскольку очевидной мембраны обнаружить не удалось. Концепция гематоэнцефалического барьера (тогда называемого гематоэнцефалическим барьером ) была предложена берлинским врачом Левандовски в 1900 году.
Смотрите также
- Гемато-воздушный барьер — мембрана, отделяющая альвеолярный воздух от крови в легочных капиллярах.
- Гемато-глазной барьер — физический барьер между местными кровеносными сосудами и большей частью самого глаза.
- Гемато-ретинальный барьер — часть гемато-глазного барьера, предотвращающая попадание определенных веществ в сетчатку.
- Барьер между кровью и яичками — физический барьер между кровеносными сосудами и семенными канальцами семенников животных.
- Гемато-тимусный барьер — барьер, образованный непрерывными кровеносными капиллярами в коре тимуса.
Ссылки
внешняя ссылка
20. Гематоэнцефалический и нейроликворный барьер; функции и строение.
Гематоэнцефалический
барьер — полупроницаемый барьер между
кровью и нервной тканью, препятствующий
проникновению в мозг крупных или полярных
молекул, а также клеток крови, в том
числе иммунной системы. Плотные контакты
между клетками эндотелия капилляров
ЦНС препятствуют выходу лейкоцитов,
микроорганизмов и даже макромолекул в
субарахноидальное пространство. У
некоторых микробов выработались
высокоспециализированные механизмы
(пока малоизученные) преодоления этого
барьера. Известно, что вирусы бешенства
и вирусы простого герпеса (у человека)
и реовирус (у экспериментальных животных)
попадают в ЦНС, передвигаясь по нервам,
а инкапсулированные бактерии и грибы
обладают поверхностными компонентами,
позволяющими им проходить через
гематоэнцефалический барьер. Таким
образом, механизмы преодоления
гематоэнцефалического барьера
высокоспециализированы. Так, они имеются
лишь у определенных серотипов возбудителей,
способных вызывать менингит . Менингит
новорожденных , например, вызывают
только те Streptococcus agalactiae , которые относятся
к серотипу III. Другие серотипы тоже
патогенны, но вызывают инфекционные
процессы вне ЦНС. Такая избирательность,
видимо, определяется пространственной
структурой капсульного полисахарида
серотипа III, так как капсульные полисахариды
других серотипов содержат те же
компоненты, но имеют иную пространственную
структуру. I Гематоэнцефали́ческий
барье́р
физиологический
механизм, избирательно регулирующий
обмен веществ между кровью, цереброспинальной
жидкостью и центральной нервной системой
и обеспечивающий постоянство внутренней
среды головного и спинного мозга.
Г.
б., осуществляя защитную функцию,
препятствует проникновению в мозг
некоторых чужеродных веществ, попадающих
в кровь, и промежуточных продуктов
обмена веществ, образующихся при
некоторых патологических состояниях,
причем роль Г. б. в процессе филогенеза
возрастает. Так., некоторые вещества
легко проникают из крови в мозг у
низкоорганизованных, но задерживаются
Г. б. у более высокоорганизованных
организмов. Отмечена также более высокая
проницаемость Г. б. у эмбрионов и
новорожденных по сравнению со взрослым
организмом.
Морфологическим
субстратом Г. б. являются анатомические
элементы, расположенные между кровью
и нервными клетками (так называемые
межэндотелиальные контакты, охватывающие
клетку в виде тесного кольца и
препятствующие проникновению веществ
из капилляров). Отростки глиальных
клеток (концевые ножки астроцитов),
окружающие капилляр, стягивают его
стенку, что уменьшает фильтрационную
поверхность капилляра, препятствует
диффузии макромолекул. Согласно другим
представлениям, глиальные отростки
являются каналами, способными избирательно
экстрагировать из кровотока вещества,
необходимые для питания нервных клеток,
и возвращать в кровь продукты их обмена.
Важное значение в функции Г. б. придается
так называемому ферментному барьеру.
В стенках микрососудов мозга, окружающей
их соединительнотканной стромы, а также
в сосудистом сплетении обнаружены
ферменты, способствующие нейтрализации
и разрушению поступающих из крови
веществ. Распределение этих ферментов
неодинаково в капиллярах разных структур
мозга, их активность изменяется с
возрастом, в условиях патологии.
Г.
б. рассматривают в качестве саморегулирующейся
системы, состояние которой зависит от
потребностей нервных клеток и уровня
метаболических процессов не только в
самом мозге, но и в других органах и
тканях организма. Проницаемость Г. б.
неодинакова в разных отделах мозга,
селективна для разных веществ и
регулируется нервными и гуморальными
механизмами. Важная роль в нейрогуморальной
регуляции функций Г. б. принадлежит
изменению интенсивности метаболических
процессов в ткани мозга, что доказывается
угнетающим влиянием ингибиторов
метаболических процессов на скорость
транспорта аминокислот в мозг и
стимуляцией их поглощения субстратами
окисления.
Различают два пути
поступления веществ в ц.н.с. — через
кровеносные капилляры и ликворную
систему. При этом одни вещества проникают
главным образом через капилляры, другие
используют оба пути, третьи —
преимущественно через цереброспинальную
жидкость.
Снижение проницаемости
Г. б. способствует проникновению в ц.н.с.
разнообразных чужеродных веществ,
продуктов нарушенного метаболизма. В
то же время направленное снижение
проницаемости Г. б. используют в
клинической практике для повышения
эффективности химиотерапевтических
препаратов, антибиотиков, а также
введения антител, гормонов, медиаторов,
в обычных условиях не попадающих в мозг,
благодаря функционированию Г. б.
Проникновение в
мозг в области Гипоталамуса, где Г. б.
«прорван», различных патологических
агентов сопровождается разнообразной
симптоматикой нарушений вегетативной
нервной системы (Вегетативная нервная
система).
Имеются
многочисленные доказательства снижения
защитной функции Г. б. под влиянием
алкоголя, в условиях эмоционального
стресса, перегревания и переохлаждения
организма, воздействия ионизирующего
излучения и т. д.
В
то же время экспериментально установлена
способность некоторых препаратов,
например пентамина, этаминал-натрия,
витамина Р. уменьшать проникновение в
мозг определенных веществ.
См.
также Барьерные функции.
Библиогр.: Бредбери
М. Концепция гемато-энцефалического
барьера, пер. с англ., М., 1983; Майзелис
М.Я. Современные представления о
гематоэнцефалическом барьере:
нейрофизиологические и нейрохимические
аспекты, Журн. высш. нервн. деятельн., т.
36, вып. 4, с. 611, 1986.
II
Гематоэнцефали́ческий барье́р (гемато-
(Гем-) + анат. encephalon головной мозг)
гистогематический
барьер между кровью, с одной стороны, и
цереброспинальной жидкостью и нервной
тканью — с другой.
Что такое гематоэнцефалический барьер? — Квинслендский институт мозга
Мозг драгоценен, и эволюция приложила немало усилий, чтобы защитить его от повреждений. Наиболее очевидным является наш череп толщиной 7 мм, но мозг также окружен защитной жидкостью (спинномозговой — головного и спинного мозга) и защитной мембраной, называемой мозговыми оболочками. Оба обеспечивают дополнительную защиту от физических травм.
Еще один защитный элемент — гематоэнцефалический барьер.Как следует из названия, это барьер между кровеносными сосудами (капиллярами) головного мозга и клетками и другими компонентами, составляющими ткань мозга. В то время как череп, мозговые оболочки и спинномозговая жидкость защищают от физического повреждения, гематоэнцефалический барьер обеспечивает защиту от болезнетворных патогенов и токсинов, которые могут присутствовать в нашей крови.
Гематоэнцефалический барьер был открыт в конце 19 века, когда немецкий врач Пауль Эрлих ввел краситель в кровоток мыши.К его удивлению, краска проникла во все ткани, кроме головного и спинного мозга. Хотя это показало, что между мозгом и кровью существует барьер, только в 1960-х годах исследователи смогли использовать микроскопы, достаточно мощные, чтобы определять физический слой гематоэнцефалического барьера.
Теперь мы знаем, что ключевая структура гематоэнцефалического барьера, которая создает барьер, — это «плотное соединение эндотелия». Эндотелиальные клетки выстилают внутреннюю часть всех кровеносных сосудов. В капиллярах, образующих гематоэнцефалический барьер, эндотелиальные клетки заклиниваются очень близко друг к другу, образуя так называемые плотные контакты.
Плотный зазор позволяет только небольшим молекулам, жирорастворимым молекулам и некоторым газам свободно проходить через стенку капилляров в ткани мозга. Некоторые более крупные молекулы, такие как глюкоза, могут проникать через белки-переносчики, которые действуют как специальные двери, которые открываются только для определенных молекул.
Эндотелиальные клетки кровеносного сосуда окружают другие компоненты гематоэнцефалического барьера, которые не участвуют строго в предотвращении попадания веществ из крови в мозг, но которые взаимодействуют с клетками, образующими барьер, чтобы изменить избирательность крови. мозговой барьер есть.
Зачем это нужно?
Назначение гематоэнцефалического барьера — защита от циркулирующих токсинов или патогенов, которые могут вызвать инфекции мозга, в то же время позволяя жизненно важным питательным веществам достигать мозга.
Другая его функция — поддерживать относительно постоянный уровень гормонов, питательных веществ и воды в мозге — колебания, которые могут нарушить точно настроенную среду.
Так что же произойдет, если гематоэнцефалический барьер поврежден или каким-то образом нарушен?
Один из распространенных путей — бактериальная инфекция, например, менингококковая инфекция.Менингококковые бактерии могут связываться со стенкой эндотелия, в результате чего плотные соединения слегка приоткрываются. В результате гематоэнцефалический барьер становится более пористым, позволяя бактериям и другим токсинам инфицировать ткань мозга, что может привести к воспалению, а иногда и к смерти.
Также считается, что функция гематоэнцефалического барьера может снижаться в других условиях. Например, при рассеянном склерозе дефектный гематоэнцефалический барьер позволяет лейкоцитам проникать в мозг и атаковать функции, которые отправляют сообщения от одной клетки мозга (нейрона) к другой.Это вызывает проблемы с тем, как нейроны передают друг другу сигналы.
Когда нам нужно пройти через это?
Гематоэнцефалический барьер обычно очень эффективен для предотвращения попадания нежелательных веществ в мозг, что имеет обратную сторону. Подавляющее большинство потенциальных лекарств не легко преодолевают барьер, создавая огромное препятствие для лечения психических и неврологических расстройств.
Один из возможных способов решения проблемы — «обмануть» гематоэнцефалический барьер, чтобы лекарство могло пройти.Это так называемый подход «троянского коня», при котором лекарство сливается с молекулой, которая может проходить через гематоэнцефалический барьер через белок-переносчик.
Другой подход — временно открыть гематоэнцефалический барьер с помощью ультразвука.
Ультразвук можно использовать для временного открытия гематоэнцефалического барьера.
На мыши с болезнью Альцгеймера мы показали, что использование ультразвука для открытия гематоэнцефалического барьера может улучшить познавательные способности и уменьшить количество токсичных бляшек, которые накапливаются в головном мозге.Мы думаем, что это может быть связано со способностью ультразвука в сочетании с микропузырьками нагнетаемого газа временно и безопасно открывать гематоэнцефалический барьер, позволяя проникать защитным факторам, передающимся с кровью. Важно отметить, что этот подход не повредил мозг.
В новом исследовании мы показали, что, временно открывая гематоэнцефалический барьер, ультразвук позволяет большему количеству терапевтических антител попасть в мозг, улучшая патологию, подобную болезни Альцгеймера, и познавательные способности больше, чем при использовании ультразвука или отдельного препарата антител.
Таким образом,
Ультразвук является многообещающим инструментом для временного и безопасного преодоления обычно очень полезного, но иногда проблематичного гематоэнцефалического барьера. Его можно использовать для улучшения доставки лекарств в мозг и тем самым сделать лечение болезни Альцгеймера и других заболеваний мозга более рентабельным.
Соавтором этой статьи является доктор Алан Вудрафф, научный писатель из Квинслендского института мозга.
Юрген Гётц, директор Центра исследования старческой деменции Клема Джонса, Квинслендский университет
Эта статья изначально была опубликована на сайте The Conversation.Прочтите оригинальную статью.
.
Барьер кровь-мозг и его связь с раком
Барьер кровь-мозг (BBB) является примером чистой изобретательности человеческого тела. ГЭБ защищает нашу сложную нейросеть от внешних патогенов, метаболических изменений и молекулярных веществ, которые могут быть безвредными для других органов, но токсичными для мозга.
Гематоэнцефалический барьер очень избирательный в отношении того, каким веществам он позволяет проходить через него. Однако именно эти вещества являются ключом к здоровью мозга и в целом, включая распространение и исцеление связанных с мозгом и других форм рака.
Барьер кровь-мозг: часовые на границе мозга
Барьер кровь-мозг сшит вместе с эндотелиальными клетками высокой плотности, которые сильно ограничивают его проницаемость. Сосуды ГЭБ лишены «фенестрации» — процесса, при котором поры способны быстро обмениваться молекулами между тканью и этими сосудами. BBB также имеет «плотные соединения», которые еще больше ограничивают то, что попадает внутрь.
Вдоль его границ нейроны и ненейрональные клетки находятся под постоянным наблюдением и действуют как «единица детоксикации».Эти клетки также поддерживают целостность и функциональность центральной нервной системы в целом.
Вся эта активность означает, что в нормальных условиях доступ к мозгу имеют только вещества, отвечающие определенным «критериям». К ним относятся очень маленькие молекулы, которые являются «растворимыми в липидах» и не являются «субстратами активных переносчиков оттока (AET)». К ним относятся некоторые газы и вода, а также глюкоза и аминокислоты, которые переносятся другими веществами меньшего размера, а именно «переносчиками, опосредованными переносчиками (CMT)» или «переносчиками, опосредованными рецепторами (RMT).
Как воспаление влияет на ГЭБ
Самое важное, что нужно помнить о нормальном функционировании ГЭБ, — это то, что все это меняется с воспалением .
Когда ГЭБ воспаляется, он разрушается и начинает пропускать более крупные частицы, включая патогены и «ксенобиотические соединения» (т.е. токсины окружающей среды), через его поверхность . В течение многих лет ученые знали, что существует связь между воспалением и ослаблением гематоэнцефалического барьера, но они не знали, какова связь.
Однако в 2014 году совместное исследование исследователей из Великобритании и Нидерландов обнаружило общую связь: молекулу MicroRNA-155, которая обладает способностью создавать микроскопические бреши в нейроэпителиальных клетках, которые затем могут пропускать патогены.
Повышенные уровни MicroRNA-155 частично ответственны за состояние, которое теперь называется «дырявый мозг». Интересно, что высокие уровни MiRNA-155 также связаны с различными видами рака, включая лейкемию, лимфому, опухоли головного мозга и рак груди.
Соединение «дырявый кишечник» и «дырявый мозг»
Состояние, которое специалисты функциональной медицины теперь называют «дырявым мозгом», подозрительно похоже на другое заболевание, распространенное в нашем современном мире — синдром дырявого кишечника. «Дырявый мозг» связан с тревогой и депрессией, мозговым туманом и более серьезными состояниями, такими как аутизм и рассеянный склероз. Как выясняется, связь — это больше, чем просто имя.
Кишечник не зря называют «другим мозгом». И мозг, и кишечник имеют много общего, включая барьер с ограниченной проницаемостью, который отделяет эти две системы от системы кровообращения.Кишечник и мозг также имеют общие белковые вещества окклюдин и зонулин , которые помогают определить целостность как слизистой оболочки кишечника, так и гематоэнцефалического барьера. Тесты, которые определяют повышенный уровень антител к этим белкам, являются одним из способов узнать, есть ли у вас синдром «дырявого мозга» и «дырявый кишечник» .
Конечно, «дырявый кишечник» уже давно связан с распространенностью многих заболеваний, таких как аутоиммунные заболевания и аллергии. Исследование 2012 года, проведенное в Университете Томаса Джефферсона в Филадельфии, также установило связь между дырявым кишечником и раком. Гуанилилциклаза C (GC-C) представляет собой рецептор гормона, подавляющего опухоль, который находится в кишечном тракте и играет роль в поддержании его структурной целостности.
По словам Скотта Уолдмана, доктора философии, доктора медицины, директора программы по борьбе с раком желудочно-кишечного тракта онкологического центра Джефферсона Киммела, когда у лабораторных мышей заглушили GC-C, это не только нарушило целостность кишечного барьера. Подавление GC-C также привело к усилению воспаления и проникновению в кровоток вызывающих рак агентов, которые повредили ДНК.Рак быстро формируется за пределами области кишечника, в том числе в печени, легких и лимфатических узлах.
В 2011 году китайские исследователи обнаружили гаунилилциклазу-C в мозге. Ученые из Пекинского медицинского колледжа обнаружили эту молекулу в дофаминовых нейронах среднего мозга. Когда GC-C удаляли у лабораторных мышей, они проявляли гиперактивность и характеристики СДВГ. Когда он был повторно введен, мыши вернулись к нормальному состоянию.
4 способа уменьшить воспаление, улучшить здоровье мозга и предотвратить рак
Есть десятки способов уменьшить воспаление, помочь восстановить связь между кишечником и мозгом и предотвратить рак.Вот четыре простых способа, которыми вы можете начать делать все три уже сегодня:
- Ограничьте воздействие электрического загрязнения сотового телефона. Исследования снова и снова показывают, какие разрушения могут случиться с вашим мозгом и телом из-за чрезмерного воздействия ЭМП (электромагнитного) излучения сотового телефона. Каждый раз, когда вы прикладываете этот мобильный телефон к уху, происходит вот что: датчик во внешней мембране каждой клетки запускается вторгающейся радиоволной. Это заставляет клетки запускать каскад биохимических реакций, чтобы защитить себя.Затем образуются стрессовые белки, которые «укрепляют» клеточную мембрану, чтобы отходы и токсины не могли выйти. Это создает накопление свободных радикалов в пределах клеток. Результат? Ты угадал. Воспалительная реакция, повышение уровня молекул MiRNA-155 и нарушение гематоэнцефалического барьера, который позволяет токсинам наводнять мозг, в конечном итоге может стать триггером опухолей головного мозга и других заболеваний. Фактически, недавний отчет показал, что всего полчаса незащищенного использования мобильного телефона на близком расстоянии может увеличить риск опухоли мозга на 40%!
Плохие новости о воздействии ЭМП — это также и хорошие новости.Разрушение клеток происходит быстро; каждый раз, когда вы подвергаетесь воздействию ЭМП, ваш BBB начинает ухудшаться. . Хорошая новость заключается в том, что весь процесс можно быстро обратить вспять простым удалением источника электромагнитного излучения. Сотовые телефоны являются частью нашего мира и в ближайшее время никуда не денутся.
Однако есть вещи, которые вы можете сделать, чтобы защитить себя. Возьмите за привычку использовать громкую связь во время разговора. Кроме того, подумайте об использовании научно подтвержденного устройства защиты от электромагнитных полей на вашем мобильном телефоне, а также в другой электронике, особенно в компьютерах и маршрутизаторах, передающих WIFI.
- Снизьте потребление продуктов из пшеницы. Даже если у вас нет целиакии или непереносимости глютена, возьмите за правило ограничивать потребление хлеба, выпечки и макаронных изделий промышленного производства. Было показано, что продукты из пшеницы содержат вещество, называемое агглютинином зародышей пшеницы (WGA), которое связано с иммуно- и нейротоксичностью. глютена и казеина (из молочных продуктов) могут вызывать «эффект самоотравления» из-за производства спиртоподобных газообразных веществ, особенно ацетальдегида . Ацетальдегид может влиять на связывание с белками и может привести к нарушению всасывания витаминов группы В, которые необходимы для выработки нейротрансмиттеров и балансировки гормонов. Японский эксперт в области здравоохранения и профессор Кадзудзо Ниши заявил, что «по крайней мере одно из десяти психиатрических состояний связано с самоотравление, исходящее из кишечника ». Если вы соблюдаете протокол здоровой груди или страдаете каким-либо заболеванием, подумайте о полном исключении глютена и молочных продуктов из своего рациона.
- Достаточно качественного сна. Мелатонин — единственный известный антиоксидант, который может преодолевать гематоэнцефалический барьер. Он вырабатывается, пока вы спите, и вырабатывается шишковидной железой, расположенной сразу за пределами ГЭБ. Исследования показали, что мелатонин стимулирует гены, подавляющие опухоль, и противодействует эффектам агрессивных эстрогенов, в том числе токсичных «ксеноэстрогенов», которые могут привести к раку груди. Мелатонин также может помочь предотвратить дегенерацию мозга. Дефицит мелатонина связан как с болезнью Альцгеймера, так и с раком груди .Воздействие ЭМП на сотовый телефон может подавить выработку мелатонина, что является еще одной причиной для соблюдения правил безопасности при использовании мобильных телефонов.
- Рассмотрите натуральные вещества, которые способствуют здоровью мозга и уменьшают воспаление. Сюда входят полезные жиры, куркумин и эфирные масла, такие как ладан. Мозг состоит примерно из 60% жира, поэтому, когда вы потребляете здоровые жиры, такие как жирные кислоты Омега-3, рыбий жир и льняное масло, вы не только помогаете своему кишечнику и всему телу, но и своему мозгу. Кроме того, исследования показали, что натуральное вещество куркумин, содержащееся в индийской пряности куркума, является одним из немногих внешних веществ, способных преодолевать гематоэнцефалический барьер.Оно является многообещающим не только благодаря доказанным противовоспалительным и противораковым свойствам, но и благодаря своему потенциалу в регенерации новых стволовых клеток головного мозга. Наконец, поскольку эфирные масла представляют собой ароматические вещества, состоящие из крошечных частиц, они способны обходить ГЭБ для выздоровление. Исследования с использованием ладана и мирры показали их эффективность в создании апоптоза опухолей головного мозга, а также других видов рака. Такие масла, как эфирное масло мяты перечной, могут немедленно повлиять на умственную активность и навыки решения проблем.Мускатный шалфей помогает с гормональным балансом и дает мгновенное чувство спокойствия.
Воспаление влияет на все
Новые научные данные о связи между ГЭБ, кишечником и воспалением говорят нам о том, что древние системы исцеления знали на протяжении веков. Ваше здоровье зависит от тонкого взаимодействия веществ, коммуникации и взаимодействия между всеми системами . То, что влияет на одну систему, влияет на все .
Наука начинает открывать определенные молекулярные пути, через которые это происходит, и кажется, что все они указывают на одного главного виновника, когда дело доходит до болезни: воспаление .Станьте защитником своего собственного мозга и здоровья кишечника, внеся простые изменения в свой образ жизни и диету, которые уменьшат воспаление и приведут к крепкому здоровью!
Поделитесь этой статьей со своими друзьями и семьей, указав ниже, о связи между воспалением, гематоэнцефалическим барьером и профилактикой рака.
Краткое содержание статьи
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) защищает нашу сложную нейросеть от внешних патогенов, метаболических изменений и молекулярных веществ, которые могут быть безвредными для других органов, но токсичными для мозга.
В нормальных условиях доступ к мозгу имеют только вещества, отвечающие определенным «критериям».
Когда ГЭБ воспаляется, он подвергается опасности и начинает пропускать более крупные частицы, включая патогены и «ксенобиотические соединения» (т.е. токсины окружающей среды), через его поверхность.
«Дырявый мозг» связан с тревогой и депрессией, мозговым туманом и более серьезными состояниями, такими как аутизм и рассеянный склероз.
Есть десятки способов уменьшить воспаление, помочь восстановить связь между кишечником и мозгом и предотвратить рак. Вот четыре простых способа, которыми вы можете начать делать все три уже сегодня:
1. Ограничьте воздействие электрического загрязнения мобильного телефона
2. Снизьте потребление продуктов из пшеницы
3. Получите достаточно хорошего сна
4. Рассмотрите возможность использования натуральных веществ, способствующих развитию Здоровье мозга и уменьшение воспалений, включая полезные жиры, куркумин и эфирные масла, такие как ладан
.
11. Цереброспинальная жидкость, гематоэнцефалический барьер и гематоэнцефалический барьер • Функции клеток и человеческого тела
Содержание:
1. Формирование и функция спинномозговой жидкости
2. Состав спинномозговой жидкости
3. Гематоэнцефалический барьер и гематоэнцефалический барьер
_
Формирование и функция спинномозговой жидкости
Ликер ( спинномозговая жидкость — спинномозговая жидкость, ликвора цереброспиналис ) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость, обнаруженную в ЦНС либо внутримозгово, в желудочковой системе головного мозга (составляет 20% от общего объема спинномозговой жидкости), либо экстрацеребрально в субарахноидальном пространстве (остальные 80% от общего объема).
Общий объем спинномозговой жидкости составляет приблизительно 150 мл и производится со скоростью из 450 мл на день (таким образом, заменяется три раза в день) . Ликер синтезируется двумя способами. Секреция (производящая от 50 до 70% объема) происходит в клетках из сосудистой оболочки сплетения и желудочков эпендимы .Остальная жидкость синтезируется путем ультрафильтрации плазмы крови через хориоидальных капилляров .
Сосудистое сплетение
ЦСЖ циркулирует от боковых желудочков через межжелудочковых отверстий (отверстия Монро) в третьи желудочки . Мезэнцефалический проток (водопровод Сильвия) соединяет третий и четвертый желудочки , и жидкость течет дальше в субарахноидальное пространство с помощью трех отверстий: одного среднего отверстия , (отверстие Маженди) и пары боковых отверстий . отверстия (отверстие Лушки).Ликер расположен в субарахноидальном пространстве , , , пространстве , окружающем головной и спинной мозг. Часть ликвора выходит из четвертого желудочка и попадает в центральный канал спинного мозга .
Резорбция ликвора происходит в паутинных грануляциях ( паутинных ворсинок , грануляций Пачиони ). Это выступы паутинной оболочки через твердую мозговую оболочку, выступающие дальше в интракраниальные венозные синусы , обеспечивая поток жидкости обратно в кровь кровообращение .
Важно поддерживать постоянное равновесие между секрецией, кровообращением и резорбцией CSF. В случае дисбаланса жидкость накапливается в системе, вызывая состояние, называемое гидроцефалией . Если CSF накапливается в желудочковой системе, гидроцефалия называется внутренней . В случае ее скопления в субарахноидальном пространстве мы называем гидроцефалию внешней .
Ликер выполняет следующие функции :
1) Механическая и вспомогательная
Мозг по существу полностью погружен в спинномозговая жидкость вызывает уменьшение — реальный вес (около 1500 г) до эквивалента примерно 25 г.Этот механизм защищает мозг от повреждений , вызванных его собственным весом .
2) Защитный
CSF действует как амортизатор , защищает мозг от внезапных изменений давления или температуры , а компоненты иммунной системы , присутствующие в жидкости (лейкоциты, иммуноглобулины и т. Д.), Обеспечивают защиту от различных патогенов. также.
3) Метаболический
Ликер помогает поддерживать правильный состав среды, окружающей клетки нервной ткани (гомеостаз). Он также частично обеспечивает снабжение питательными веществами и удаление продуктов метаболизма и формирует среду, через которую происходит диффузия различных сигналов молекул (например, нейротрансмиттеров).
Важно понимать, что объем v всех тканей и жидкостей в черепе ограничен объемом их костного контейнера .Доктрина Монро-Келли гласит, что объем внутричерепного пространства остается постоянным, и его отдельные компоненты (кровь , спинномозговая жидкость и нервная ткань ) находятся в состоянии объемного равновесия. Любое увеличение на объема одного из компонентов (вызванное, например, внутричерепным кровотечением, гидроцефалией или ростом опухоли) равно , компенсируется на уменьшением объема других компонентов . CSF действует в этой системе частично как буфер (хотя и не имеет большой емкости) — это первая система, которая компенсирует увеличение объема двух других отсеков. Циркуляция головного мозга может действовать аналогичным образом, но в гораздо меньшей степени, поскольку ограничение кровоснабжения увеличивает риск гипоксического повреждения ткани мозга.
_
Состав спинномозговой жидкости
Физиологические показатели
Состав спинномозговой жидкости качественно не отличается сильно от состав крови плазма , но они отличаются количественно .Суффикс -ррахия относится к концентрации определенного вещества в спинномозговой жидкости, например, гликоррахия , (концентрация глюкозы в спинномозговой жидкости) или протеинорахия (концентрация белка в спинномозговой жидкости).
Основной тест, выполняемый для измерения концентраций компонентов спинномозговой жидкости, — это его прокол . Обычно это выполняется в области поясницы, , , области (между L4 и L5) или, в редких случаях, через подзатылочный прокол .Собирают четыре образца (каждый примерно по 2 мл):
1) Биохимия : ионы, глюкоза, лактат, белки, включая ELFO
2) Цитология
3) Микробиология : культивирование, возможно ПЦР
4) Один резервный образец (хранится при 4 ° C)
Во время отбора пробы мы можем измерить давление спинномозговой жидкости . Значение в случае люмбальной пункции у пациента, лежащего на боку, составляет приблизительно 8-15 мм рт. Ст. (10-18 см H 2 O) или в случае сидящего пациента около 16-24 мм рт.ст. (20-30 см H 2 О).
Физиологические данные представлены в следующих таблицах:
1) Ионы
Вещество | Значение | % от плазматической ценности |
| pH | 7,28-7,32 | |
| Осмолярность | 285 мосм / л | |
| Удельный вес | 1003-1008 | |
| Na + | 135-150 ммоль / л | |
| К + | 2,0-3,0 ммоль / л | |
| Ca 2+ | 1,1-1,25 ммоль / л | ~ 50% |
| Класс — | 115-130 ммоль / л | > 100% |
_
2) Питательные вещества и белки
Вещество | Значение | % от плазматической ценности |
| Глюкоза (гликоррахия) | 2,2-4,2 ммоль / л | ~ 60% |
| Белки (протеинорахия) | 0,1-0,40 г / л | ~ 1% (преимущественно мелкие белки, иммуноглобулины — IgG, IgM) |
| лактат | 1,1-2,0 ммоль / л | |
| Мочевина | 3-6,5 ммоль / л | |
| Липиды | 10-30 мг / л |
_
3) Ячейки
Тип | Значение |
| Эритроциты | 0 / мм 3 |
| Лимфоциты | 0-5 / мм 3 |
| Бактерии | 0 / мм 3 |
_
Патологические состояния
Многие заболевания ЦНС могут вызывать изменения состава и концентраций отдельных компонентов спинномозговой жидкости.Таким образом, тестирование CSF играет важную роль в дифференциальной диагностике , и подтверждении , из , в конкретном диагнозе , .
Наиболее частыми причинами изменения состава спинномозговой жидкости являются различные виды менингит :
1) Гнойный бактериальный менингит
Гнойный менингит характеризуется гнойным (непрозрачным) появлением жидкости, наличием тысяч из нейтрофилов на мм 3 ; понижает в концентрации глюкозы (используемой бактериями в качестве источника энергии) и увеличивает на концентрации лактата (продукт метаболизма бактерий).Очень часто бывает значительное увеличение концентрации белков (бактериального фрагмента, антител и т. Д.).
2) Вирусный асептический менингит
Вирусный асептический менингит обычно вызывает менее обширные изменения, чем бактериальная инфекция. Концентрации глюкозы и лактата обычно остаются в пределах физиологических диапазонов и белков увеличиваются только немного .Жидкость содержит в основном лимфоцитов , порядка сотен клеток на мм 3 .
Некоторые из дегенеративных расстройств (например, множественный склероз — MS или множественный склероз ) характеризуются наличием так называемых олигоклональных полос . Это отдельные полосы белков (или их фрагментов), видимые при электрофорезе, которые представляют собой различные виды антител, продуцируемых плазматическими клетками.
Гематологические злокачественные опухоли могут вызвать инфильтрацию жидкости опухоль клетки (например, лейкозные), выявленные при цитологическом исследовании.
_
Гематоэнцефалический барьер и гематоэнцефалический барьер
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ, гематоэнцефалический барьер — ГЭБ)
Термин гематоэнцефалический барьер обозначает барьер , отделяющий ткань мозга от кровообращения .Конструктивная основа состоит из трех частей:
1) Слой эндотелиальных клеток , соединенных между собой посредством плотных соединений соединений и не содержащих фенестраций (обычно присутствующих в эндотелии других тканей)
2) Базальная мембрана , состоящая из базальной пластинки астроцитов и базальной пластинки эндотелиальных клеток
3) Выступы астроцитов — так называемые ножки , которые отжигаются на базальной мембране
Основная функция BBB — защита ткани ЦНС (особенно нейронов) от различных ядовитых веществ , которые в противном случае могли бы проникать в ЦНС.Селективность BBB предотвращает попадание многих вредных веществ в ЦНС, но, с другой стороны, позволяет проникать другим (необходимым для функции мозга). Как правило, гидрофильные вещества не проходят через ГЭБ до тех пор, пока эндотелиальные клетки и астроциты не экспрессируют соответствующие транспортные каналы. С другой стороны, гидрофобная природа BBB позволяет проникать липофильным веществам .
1) Свободно , посредством пассивной диффузии , проникает через BBB:
a) Малые молекулы : H 2 O, O 2 , CO 2 , NH 3 , этанол
б) Липофильные вещества : стероидные гормоны
2) Селективные переносчики (облегченная диффузия или активный перенос) типичны для:
а) Глюкоза: GLUT-1
б) Аминокислоты
3) Некоторые из макромолекул используют пиноцитоз для прохождения через BBB
Наличие ГЭБ имеет некоторые важные клинические последствия .Помимо того, что они являются важными механизмами защиты от микроорганизмов, снижая риск заражения ЦНС , BBB также предотвращает пассаж антител и антибиотики , которые могут серьезно препятствовать способность организма бороться с инфекцией. Помимо вышеупомянутых антибиотиков, существует ряд других лекарств и веществ, которые не могут пройти через ГЭБ.Одним из примеров является дофамин , недостаточность которого характерна для болезни Паркинсона. Мы не можем использовать дофамин для лечения болезни, так как он не попадет в базальные ганглии (где возникает дефицит). Вместо этого мы должны использовать его предшественник L-DOPA , который проникает через ГЭБ и превращается в дофамин в ткани мозга.
Энцефалопатия, вызванная неконъюгированной гипербилирубинемией (называемая kernicterus ), может развиваться у новорожденных из-за недоразвитости кровь-мозг барьера , который не препятствует проникновению билирубина в ткань мозга.Однако это очень редко встречается у взрослых с полностью развитым ГЭБ.
Некоторые областей мозга не имеют защиты BBB. Это хеморецептор зоны с важной функцией контроля состава крови. Примеры включают:
1) Субфорний орган: содержит осморецепторов регулирующих секрецию ADH
2) Organum vasculosum laminae terminalis (OVLT): содержит осморецепторы , регулирующие секрецию ADH и вызывающие чувство жажды
3) Area postrema : содержит хеморецепторов , которые контролируют рвоту
Гемато-ликворный барьер (гемато-ликворный барьер)
Барьер кровь-ликвор разделяет спинномозговую жидкость и кровь .Подобно гематоэнцефалическому барьеру, он состоит из трех структурно различных частей:
1) Клетки хориоидального эпителия , соединенные между собой плотными соединениями (которые более проницаемы, чем соединения между эндотелиальными клетками капилляров головного мозга) и секретируют спинномозговую жидкость. Сторона, обращенная к напитку, имеет увеличенную поверхность за счет выступов, называемых микроворсинками .
2) Базальная мембрана
3) Эндотелий капилляров мягкой мозговой оболочки , содержащие фенестрации
Гемато-ликворный барьер ограничивает проникновение веществ из крови в ликвор .Он на более проницаем, чем BBB , и поэтому многие белки плазмы попадают в цереброспинальную жидкость (через пиноцитоз или активный транспорт). Их концентрации ниже, чем в плазме крови. Нарушение гемато-ликворного барьера , таким образом, приводит к увеличению в до концентрации из белков в спинномозговой жидкости. Транспорт также происходит в обратном направлении, и вещества из ликвора могут попасть в циркуляцию.
Авторы подразделов: Петра Лаврикова и Йозеф Фонтана
.
Барьер кровь-мозг | Неврологические исследования
Области продукции гематоэнцефалический барьер
Помимо защиты мозга от потенциально повреждающих молекул и колебаний плазмы, ГЭБ также служит гомеостатической цели, снабжая мозг питательными веществами (через селективные переносчики) и помогая удалять продукты жизнедеятельности. Поддерживая стабильную среду, гематоэнцефалический барьер помогает обеспечить синаптическую передачу.
BBB Анатомия и физиология
Гематоэнцефалический барьер, помимо эндотелиальных клеток головного мозга, образуют различные компоненты: перициты; конечности астроцитов; микроглия; и базальная мембрана, сделанная из структурных белков, таких как белки внеклеточного матрикса коллаген и ламинин. Аквапорины обеспечивают транспортировку воды через гематоэнцефалический барьер; эти белки могут играть ключевую роль в отеке мозга, который может возникнуть в результате повреждения головного мозга, кровотечения или других травм. Несмотря на то, что плотные соединения ГЭБ несут ответственность за попадание бактерий в мозг, они также предотвращают проникновение антител и антибиотиков; Таким образом, инфекции головного мозга вылечить довольно сложно.Рак головного мозга также трудно лечить химиотерапевтическими средствами, которые обычно не проникают в мозг и часто переносятся из клеток переносчиками нескольких лекарственных препаратов. Например, P-гликопротеин транспортирует лекарства из клетки-мишени, поэтому ингибирование этого транспортера представляет особый интерес для обращения вспять множественной лекарственной устойчивости.
Воспаление, вызванное инфекцией или вирусом, может пагубно сказаться на целостности гематоэнцефалического барьера, делая его более проницаемым для инфильтрации иммунных клеток.Повышенная проницаемость может предшествовать развитию заболевания или следовать за ним. Ишемический инсульт предшествует разрушению ГЭБ. Менингит характеризуется воспалением оболочек, которые окружают и защищают головной и спинной мозг, в то время как проникновение Т-лимфоцитов через ГЭБ при рассеянном склерозе (РС) приводит к демиелинизации. Нарушение гематоэнцефалического барьера связано с многочисленными неврологическими расстройствами, включая болезнь Альцгеймера (БА) и болезнь Паркинсона (БП), при которых нарушение барьера, как считается, способствует прогрессированию заболевания.Нарушение ГЭБ вызывает потерю дофаминергических нейронов, что может вносить вклад в патогенез БП, а экспрессия переносчика притока Aβ (RAGE) увеличивается в моделях БА.
.