Що таке гематоенцефалічний бар'єр?

Гематоенцефалічний бар'єр присутня у всіх хребетних. Він проходить між центральною нервовою й кровоносною системами. Далі розглянемо докладніше такий термін, як "гематоенцефалічний бар'єр": що це таке, які завдання він виконує.

Історичні відомості

Перші свідчення про те, що існує гематоенцефалічний бар'єр, були отримані Паулем Ерліхом в 1885 році. Він з'ясував, що барвник, введений в кровотік щури, потрапив у всі тканини і органи, за винятком головного мозку. Ерліх висловив припущення, що речовина не поширилося на мозкові тканини в процесі внутрішньовенного введення з-за того, що не мало з ними спорідненості. Цей висновок виявився невірним. У 1909 році учень Ерліха, Гольдман, визначив, що барвник синій трипановий не проникає при внутрішньовенному введенні в мозок, але забарвлює сплетіння судин шлуночків. У 1913 році він продемонстрував, що введене контрастна речовина в спинномозкову рідину коні або собаки розподіляється по тканинах спинного і головного мозку, але не порушує при цьому периферичні органи і системи. Ґрунтуючись на результатах дослідів, Гольдман висунув припущення про те, що між кров'ю і мозком існує перешкода, що запобігає проникнення нейротоксичних сполук.

Фізіологія людини

Головний мозок має вагу, приблизно дорівнює 2% від маси всього тіла. Споживання кисню ЦНС знаходиться в межах 20% від загального об'єму, що надходить в організм. Від інших органів головний мозок відрізняється найменшим запасом поживних сполук. За допомогою тільки анаеробного гліколізу забезпечуватиме свої енергетичні потреби нервові клітини не в змозі. При припиненні надходження крові в мозок через кілька секунд відбувається втрата свідомості, а через 10 хвилин гинуть нейрони. Фізіологія людини влаштована таким чином, що енергетичні потреби мозкових структур забезпечуються завдяки активному транспорту поживних сполук і кисню крізь ГЕБ. Кровоносні судини ЦНС володіють певними структурно-функціональними особливостями. Це відрізняє їх від кровоносних мереж інших систем і органів. Дані відмінні риси забезпечують харчування, підтримання гомеостазу і виведення продуктів життєдіяльності.

Гематоенцефалічний бар'єр: фізіологія

Нормальна діяльність мозку можлива тільки в умовах біохімічного та електролітного гомеостазу. Коливання вмісту кальцію в крові, рН та інших показників не повинні впливати на стан тканини нервів. Вона також повинна бути захищена від проникнення нейромедіаторів, що циркулюють у крові і здатних змінювати активність нейронів. У мозок не повинні потрапляти чужорідні агенти: патогенні мікроорганізми та ксенобіотики. Особливості будови ГЕБ сприяють тому, що він є і імунологічним перешкодою, оскільки непроникний для великої кількості антитіл, мікроорганізмів і лейкоцитів. Порушення у гематоенцефалічному бар'єрі можуть спровокувати ураження ЦНС. Безліч неврологічних патологій побічно або безпосередньо пов'язане з пошкодженням ГЕБ.

Структура

Яке будова гематоенцефалічного бар'єру? В якості основного елементу виступають ендотеліальні клітини. Гематоенцефалічний бар'єр включає в себе також астроцити і перицити. В церебральних судинах присутні щільні контакти між ендотеліальними клітинами. Проміжки між елементами ГЕБ менше, ніж в інших тканинах організму. Ендотеліальні клітини, астроцити і перицити виступають в як структурної основи гематоенцефалічного бар'єру не тільки у людей, але й у більшості хребетних.

Формування

До кінця ХХ століття існувала думка, що у новонароджених і ембріона гематоенцефалічний бар'єр і його функції не розвинені в повній мірі. Таке досить широко поширена думка було обумовлено кількома невдалими дослідами. У ході експериментів ембріонам і дорослим тваринам вводили барвники, пов'язані з білками, або інші маркери. Перші такі досліди були проведені у 1920 році. Вводяться ембріонам маркери поширювалися по тканині рідини головного та спинного мозку. У дорослих тварин не спостерігалось. У процесі проведення експериментів були допущені деякі помилки. Зокрема, в одних дослідах використовувався занадто великий обсяг барвника, в інших - було підвищено осмотичний тиск. Внаслідок цього відбувалося часткове пошкодження судинної стінки, внаслідок чого маркер поширювався по тканині мозку. При правильній постановці досвіду проходження крізь гематоенцефалічний бар'єр не відзначалося. У крові ембріона у великому обсязі присутні молекули таких сполук, як трансферрин, альфа1-фетопротеїн, альбумін. Ці речовини не виявляються, однак в міжклітинному просторі мозкової тканини в ембріональному ендотелії, виявлено транспортер Р-глікопротеїн. Це, в свою чергу, свідчить про присутність гематоенцефалічного бар'єру в пренатальному періоді.

Проникність

В процесі розвитку організму відзначається вдосконалення ГЕБ. Для поляризованих невеликих молекул, наприклад, сахарози та інуліну, проникність гематоенцефалічного бар'єру у новонародженого і ембріона істотно вище, ніж у дорослих. Аналогічний ефект виявлений і для іонів. Проходження інсуліну і амінокислот крізь гематоенцефалічний бар'єр значно прискорено. Це, ймовірно, пов'язано з великою потребою зростаючого мозку. Разом з цим у ембріона присутній бар'єр між тканиною і ліквором - "ременеві контакти" між елементами эпендими.

Механізми проходження крізь ГЕБ

Основних шляхів подолання бар'єру існує два:

Гематогенний (головний). В цьому випадку речовини проходять з током крові крізь капілярні стінки.

Ликворний (додатковий). В цьому випадку проникнення речовин здійснюється спільно з цереброспінальної рідиною. Ликворний шлях виступає в якості проміжної ланки між гліальної (нервової) кліткою і кров'ю.

Найлегше крізь гематоенцефалічний бар'єр проникнути молекул невеликого розміру (кисню, наприклад) або елементів, легко розчинним в ліпідних мембранних компонентах, розташованих в гліальних клітинах (етанол, наприклад). За рахунок використання високоспеціалізованих механізмів для подолання гематоенцефалічного бар'єру через нього проникають грибки, бактерії, віруси. Наприклад, збудники герпесу проходять через нервові клітини слабкого організму і потрапляють в ЦНС.

Використання властивостей ГЕБ у фармакології

Сучасні ефективні медикаменти розробляються з урахуванням проникності гематоенцефалічного бар'єру. Приміром, фармпромисловість випускає синтетичні анальгетики на основі морфіну. Але на відміну від нього препарати не проходять крізь ГЕБ. Завдяки цьому медикаменти ефективно позбавляють від болю, не роблячи при цьому пацієнта морфинозависимим. Існують різні антибіотики, які проникають через гематоенцефалічний бар'єр. Багато хто з них вважаються незамінними при лікуванні тих чи інших інфекційних патологій. При цьому необхідно пам'ятати, що передозування препаратами може спровокувати серйозні ускладнення - параліч і загибель нервів. У зв'язку з цим фахівці вкрай не рекомендують самолікування антибіотиками.

Медикаменти, що проходять крізь ГЕБ

Гематоенцефалічний бар'єр відрізняється виборчої проникністю. Так, деякі з біологічно активних сполук - катехоламіни, наприклад, - не проходять ГЕБ. Тим не менше, існують невеликі області поруч з гіпофізом, епіфізом і поруч ділянок гіпоталамуса, де дані речовини можуть проникнути через гематоенцефалічний бар'єр. Призначаючи лікування, лікар враховує особливості ГЕБ. Приміром, у практичній гастроентерології проникність бар'єру приймається до уваги в процесі оцінки інтенсивності побічної дії певних медикаментів на органи травлення. У цьому разі намагаються віддавати перевагу тим лікам, які гірше проходять крізь ГЕБ. Що стосується антибіотиків, то серед добре проникають через бар'єр слід зазначити препарат "Ніфурател". Він відомий також під назвою "Макмірор". Добре долають ГЕБ прокінетики першого покоління. До них, зокрема, відносять такі засоби, як "Бимарал", "Метоклопрамід". Активною речовиною в них виступає бромоприд. Добре проходять ГЕБ і препарати наступних поколінь прокінетиків. Серед них можна назвати такі медикаменти, як "Мотилак", "Мотиліум". В них активну речовину - домперидон. Гірше проникають через гематоенцефалічний бар'єр такі препарати, як "Ітомед" і "Ганатон". У них діюча речовина - итоприд. Найкраща ступінь проходження через ГЕБ зазначається у таких медикаментів, як "Ампіцилін" і "Цефазолін". Слід також сказати, що здатність проникати через гематоенцефалічний бар'єр у жиророзчинних сполук вище, ніж у водорозчинних.