Hematoencefalická bariéra je extrémně důležitá pro zajištění mozkové homeostázy, ale mnoho otázek týkajících se její tvorby stále není zcela pochopeno. Ale už teď je naprosto jasné, že BBB představuje nejvýraznější histohematickou bariéru z hlediska diferenciace, komplexnosti a hustoty. Jeho hlavní strukturní a funkční jednotkou jsou endoteliální buňky mozkových kapilár.
Metabolismus mozku, jako žádný jiný orgán, závisí na látkách vstupujících do krevního oběhu. Četné krevní cévy zajišťující práci nervový systém, se liší tím, že proces pronikání látek přes jejich stěny je selektivní. Endoteliální buňky mozkových kapilár jsou navzájem spojeny souvislými těsnými spoji, takže látky mohou procházet pouze samotnými buňkami, nikoli však mezi nimi. K vnějšímu povrchu kapilár přiléhají gliové buňky, druhá složka hematoencefalické bariéry. V choroidálním plexu mozkových komor jsou anatomickým základem bariéry epiteliální buňky, také navzájem těsně spojené. V současné době není hematoencefalická bariéra považována za anatomickou a morfologickou, ale za funkční formaci schopnou selektivně procházet a v některých případech dodávat různé molekuly do nervových buněk pomocí aktivních transportních mechanismů. Bariéra tedy plní regulační a ochranné funkce
V mozku jsou struktury, kde je oslabená hematoencefalická bariéra. Jedná se především o hypotalamus a také řadu útvarů na dně 3. a 4. komory - nejzadnější pole (area postrema), subfornické a subkomisurální orgány, jakož i epifýza. Integrita BBB je narušena při ischemické a zánětlivé léze mozek.
Hematoencefalická bariéra se považuje za plně vytvořenou, když vlastnosti těchto buněk splňují dvě podmínky. Za prvé, rychlost endocytózy v kapalné fázi (pinocytóza) u nich by měla být extrémně nízká. Za druhé, mezi články musí být vytvořeny specifické těsné spoje, které se vyznačují velmi vysokým elektrickým odporem. Dosahuje hodnot 1000-3000 Ohm/cm2 pro kapiláry pia mater a od 2000 do 8000 m/cm2 pro intraparenchymální mozkové kapiláry. Pro srovnání: průměrná hodnota transendotelu elektrický odpor kapiláry kosterního svalstva je pouze 20 Ohm/cm2.
Propustnost hematoencefalické bariéry pro většinu látek je do značné míry určena jejich vlastnostmi a také schopností neuronů tyto látky syntetizovat samostatně. Mezi látky, které mohou překonat tuto bariéru, patří především kyslík a oxid uhličitý, dále různé ionty kovů, glukóza, esenciální aminokyseliny A mastné kyseliny, nezbytný pro normální fungování mozku. Transport glukózy a vitamínů se provádí pomocí transportérů. Přitom D- a L-glukóza mají různou rychlost pronikání přes bariéru – u první je více než 100krát vyšší. Glukóza hraje hlavní roli jak v energetickém metabolismu mozku, tak v syntéze řady aminokyselin a bílkovin.
Hlavním faktorem určujícím fungování hematoencefalické bariéry je úroveň metabolismu nervových buněk.
Poskytování neuronů potřebné látky se provádí nejen pomocí pro ně vhodných krevních kapilár, ale také díky procesům měkkých a arachnoidálních membrán, kterými cirkuluje mozkomíšní mok. Mozkomíšní mok se nachází v lebeční dutině, v komorách mozku a v prostorech mezi membránami mozku. U člověka je jeho objem asi 100-150 ml. Díky mozkomíšnímu moku je udržována osmotická rovnováha nervových buněk a odváděny metabolické produkty, které jsou pro tělo toxické. nervová tkáň.
Průchod látek hematoencefalickou bariérou závisí nejen na propustnosti cévní stěny k nim (molekulová hmotnost, náboj a lipofilita látky), ale také na přítomnosti či nepřítomnosti aktivního transportního systému.
Endoteliální buňky mozkových kapilár jsou bohaté na stereospecifický transportér glukózy nezávislý na inzulínu (GLUT-1), který zajišťuje transport této látky přes hematoencefalickou bariéru. Aktivita tohoto přenašeče dokáže zajistit dodání glukózy v množství 2-3x vyšším, než jaké vyžaduje mozek za normálních podmínek.
Charakteristika transportních systémů hematoencefalické bariéry (podle: Pardridge, Oldendorf, 1977)
|
Přenosné |
Převládající substrát |
Vmax |
|
|
Monokarbon | |||
|
Neutrální |
fenylalanin | ||
|
Základní | |||
|
Nukleosidy |
adenosin |
U dětí s poruchou funkce tohoto přenašeče dochází k výraznému poklesu hladiny glukózy v mozkomíšním moku a k poruchám vývoje a fungování mozku.
Monokarboxylové kyseliny (L-laktát, acetát, pyruvát), stejně jako ketolátky, jsou transportovány samostatnými stereospecifickými systémy. I když je intenzita jejich transportu nižší než u glukózy, jsou důležitým metabolickým substrátem u novorozenců a při hladovění.
Transport cholinu do centrálního nervového systému je také zprostředkován transportérem a může být regulován rychlostí syntézy acetylcholinu v nervovém systému.
Vitamíny nejsou syntetizovány mozkem a jsou dodávány z krve pomocí speciálních transportních systémů. Navzdory tomu, že tyto systémy mají relativně nízkou transportní aktivitu, mohou za normálních podmínek zajistit transport množství vitamínů potřebného pro mozek, ale jejich nedostatek v potravě může vést k neurologické poruchy. Některé plazmatické proteiny mohou také procházet hematoencefalickou bariérou. Jedním ze způsobů jejich průniku je receptorem zprostředkovaná transcytóza. Takto bariérou pronikají inzulin, transferin, vazopresin a inzulinu podobný růstový faktor. Endoteliální buňky mozkových kapilár mají specifické receptory pro tyto proteiny a jsou schopny endocytózy komplexu protein-receptor. Důležité je, že následkem následných událostí se komplex rozpadne, intaktní protein se může uvolnit na opačné straně buňky a receptor se může znovu zabudovat do membrány. U polykationtových proteinů a lektinů je metodou průniku přes BBB také transcytóza, ale není spojena s prací specifických receptorů.
Mnoho neurotransmiterů přítomných v krvi není schopno proniknout do BBB. Dopamin tedy tuto schopnost nemá, zatímco L-DOPA proniká do BBB pomocí neutrálního transportního systému aminokyselin. Kromě toho kapilární buňky obsahují enzymy, které metabolizují neurotransmitery (cholinesterázu, GABA transaminázu, aminopeptidázy atd.), léky a toxické látky, čímž chrání mozek nejen před neurotransmitery kolujícími v krvi, ale také před toxiny.
Na práci BBB se podílejí i nosné proteiny, které transportují látky z endoteliálních buněk mozkových kapilár do krve a zabraňují tak jejich pronikání do mozku, například b-glykoprotein.
Při ontogenezi rychlost transportu různé látky prostřednictvím BBB se výrazně mění. Rychlost transportu b-hydroxybutyrátu, tryptofanu, adeninu, cholinu a glukózy u novorozenců je tedy výrazně vyšší než u dospělých. To odráží relativně vyšší poptávku vyvíjejícího se mozku po energii a makromolekulárních substrátech.
Člověk je zaměstnán zraněními. A jen malá část lézí je způsobena přímo onemocněními centrálního nervového systému.
Kvůli některým svým vlastnostem je nervový systém z vědeckého hlediska velmi zajímavý. Jde o to, že anatomii je nesmírně obtížné porozumět. Nervová vlákna, která tvoří jeho základ, mají svou vlastní strukturu, odlišnou od ostatních tkání lidského těla.
Jednou z hlavních vlastností je extrémně nízká schopnost regenerace. To neznamená, že poškozené nervy nejsou obnoveny, ale jejich obnova probíhá velmi pomalu a vyžaduje přítomnost určitých podmínek.
Dalším znakem nervového systému obecně a centrálního nervového systému zvláště je hematoencefalická bariéra (BBB).
Není žádným tajemstvím, že mozek a mícha jsou in speciální kapalina, složení je podobné, ale liší se od něj obsahem různých frakcí proteinů a mikroelementů. Mozkomíšní mok (neboli mozkomíšní mok) se tvoří z krve a lymfy pod vlivem speciálního „filtru“, jehož roli hraje hematoencefalická bariéra.
Speciální buňky s interendoteliálními kontakty brání průniku do této tekutiny. Dnes vědci úplně nepřišli na to, jak je regulována filtrační kapacita bariéry, ale je spolehlivě známo, že její propustnost se mění se změnami v metabolické aktivitě mozku. Kromě toho se hematoencefalická bariéra v různých částech mozku liší, což určuje jeho odlišnou schopnost filtrovat tekutiny (krev a lymfu).
Studie ukázaly, že některé látky pronikají do BBB hlavně z cévy, další část je ze systému a zbytek je schopen pocházet z obou prostředí stejnou rychlostí. Vlastní, unikátní a dosud neprobádaný samoregulační systém složení mozkomíšního moku zajišťuje přísun látek v množství požadovaném centrálním nervovým systémem. To se děje při regulaci objemu kapalné části, množství a složení proteinů a také složení příchozích iontů (tyto jsou představovány draslíkem a sodíkem).
Proč je hematoencefalická bariéra nezbytná?
V prvé řadě je jeho působení zaměřeno na vytvoření relativně izolovaného prostředí pro centrální nervový systém, ale plní i ochrannou funkci, brání bakteriím a virům proniknout do mozkomíšního moku z toku krve nebo lymfy. Je důležité pochopit, že v případě narušení fungování BBB budou důsledky velmi vážné. Bakterie pronikající do mozkomíšního moku tedy vedou k meningitidě, encefalitidě a dalším zánětlivým procesům mozkových blan a mozkové tkáně.
Řada studií provedených specialisty prokázala schopnost ovlivnit propustnost hematoencefalické bariéry různé drogy. Navíc dříve používané léky začal identifikovat tato funkce. Dnes lékaři dobře vědí, které léky a jak ovlivňují BBB. Navíc jsme se naučili tyto vlastnosti využívat ve prospěch lidí.
Hematoencefalická bariéra tedy plní řadu velmi významných funkcí, které udržují optimální zdraví vnitřní orgány Lidské tělo. Je však třeba pochopit, že díky těmto vlastnostem je bariéra velmi citlivá jak na zranění, tak na různé patologické stavy, a proto je tak důležité těmto aspektům porozumět a brát je v úvahu při prevenci a léčbě nemocí.
Histohematická bariéra - je to soubor morfologických struktur, fyziologických a fyzikálně-chemických mechanismů, které fungují jako celek a regulují tok látek mezi krví a orgány.
Histohematické bariéry se podílejí na udržování homeostázy těla a jednotlivých orgánů. Díky dostupnosti histohematické bariéry Každý orgán žije ve svém speciálním prostředí, které se může výrazně lišit od složení jednotlivých složek. Zvláště silné bariéry existují mezi mozkem, krví a tkání gonád, krví a vlhkostí v očních komorách a krví matky a plodu.
Histohematické bariéry různé orgány mají jak rozdíly, tak řadu společné rysy budov. Přímý kontakt s krví ve všech orgánech má bariérovou vrstvu tvořenou endotelem krevních kapilár. Kromě toho jsou strukturami HGB bazální membrána (střední vrstva) a adventiciální buňky orgánů a tkání (vnější vrstva). Histohematické bariéry, měnící svou propustnost pro různé látky, mohou omezit nebo usnadnit jejich dodání do orgánu. Jsou neprostupné pro řadu toxických látek, což dokládá jejich ochrannou funkci.
Nejdůležitější mechanismy zajišťující fungování histohematických bariér jsou dále diskutovány na příkladu hematoencefalické bariéry, jejíž přítomnost a vlastnosti musí lékař zvláště často brát v úvahu při použití léky a různé účinky na tělo.
Hematoencefalická bariéra
Hematoencefalická bariéra je soubor morfologických struktur, fyziologických a fyzikálně chemických mechanismů, které fungují jako celek a regulují tok látek mezi krví a mozkovou tkání.
Morfologickým základem hematoencefalické bariéry je endotel a bazální membrána mozkových kapilár, intersticiální elementy a glykokalyx, astrocyty neuroglií, pokrývající nohama celý povrch kapilár. Transportní systémy endotelu kapilárních stěn se podílejí na pohybu látek přes hematoencefalickou bariéru, včetně vezikulárního transportu látek (pino- a exocytóza), transportu přes kanály s nebo bez účasti nosných proteinů, enzymových systémů, které upravit nebo zničit přicházející látky. Již bylo zmíněno, že specializované vodní transportní systémy fungují v nervové tkáni pomocí aquaporinových proteinů AQP1 a AQP4. Ty tvoří vodní kanály, které regulují tvorbu mozkomíšního moku a výměnu vody mezi krví a mozkovou tkání.
Mozkové kapiláry se liší od kapilár v jiných orgánech tím, že endoteliální buňky tvoří souvislou stěnu. V místech kontaktu se vnější vrstvy endoteliálních buněk spojují a vytvářejí takzvané „těsné spoje“.
Hematoencefalická bariéra plní ochranné a regulační funkce pro mozek. Chrání mozek před působením řady látek vznikajících v jiných tkáních, cizorodých a toxických látek, podílí se na transportu látek z krve do mozku a je významným účastníkem mechanismů homeostázy mezibuněčné tekutiny. mozku a mozkomíšního moku.
Hematoencefalická bariéra je selektivně propustná pro různé látky. Některé biologicky aktivní látky, např. katecholaminy, touto bariérou prakticky neprojdou. Jedinou výjimkou jsou malé oblasti bariéry na hranici s hypofýzou, epifýzou a některé oblasti, kde je propustnost hematoencefalické bariéry pro mnoho látek vysoká. V těchto oblastech se nacházejí kanály a interendoteliální mezery pronikající do endotelu, kterými látky pronikají z krve do extracelulární tekutiny mozkové tkáně nebo do mozku samotného. Vysoká propustnost hematoencefalické bariéry v těchto oblastech umožňuje biologicky aktivním látkám (cytokinům, ) proniknout do těch hypotalamických neuronů a žlázových buněk, na kterých je uzavřen regulační okruh neuroendokrinních systémů těla.
Charakteristickým rysem fungování hematoencefalické bariéry je možnost změny její propustnosti pro řadu látek v různé podmínky. Hematoencefalická bariéra je tedy schopna regulací permeability měnit vztah mezi krví a mozkem. Regulace se provádí změnou počtu otevřených kapilár, rychlosti průtoku krve, změnou permeability buněčných membrán, stavu mezibuněčné látky, aktivity buněčných enzymových systémů, pino- a exocytózou. Permeabilita BBB může být významně narušena za podmínek ischemie mozkové tkáně, infekce, vývoje zánětlivé procesy v nervovém systému, jeho traumatické poškození.
Má se za to, že hematoencefalická bariéra sice vytváří významnou překážku pro pronikání mnoha látek z krve do mozku, ale zároveň umožňuje stejným látkám, které se tvoří v mozku, dobře procházet opačným směrem – z tzv. mozku do krve.
Propustnost hematoencefalické bariéry pro různé látky se velmi liší. Látky rozpustné v tucích zpravidla pronikají do BBB snadněji než látky rozpustné ve vodě. Snadno proniká kyslíkem, oxidem uhličitým, nikotinem, ethanol, heroin, antibiotika rozpustná v tucích ( chloramfenikol atd.)
Glukóza nerozpustná v tucích a některé esenciální aminokyseliny nemohou projít do mozku prostou difúzí. Sacharidy jsou rozpoznávány a přepravovány speciálními přepravníky GLUT1 a GLUT3. Tento systém přepravy natolik specifické, že rozlišuje mezi stereoizomery D- a L-glukózy: D-glukóza je transportována, ale L-glukóza nikoliv. Transport glukózy do mozkové tkáně je necitlivý na inzulín, ale je inhibován cytochalasinem B.
Transportéry se podílejí na transportu neutrálních aminokyselin (například fenylalaninu). K transportu řady látek se používají aktivní transportní mechanismy. Například díky aktivnímu transportu se proti koncentračním gradientům přenášejí ionty Na +, K + a aminokyselina glycin, která působí jako inhibiční mediátor.
K přenosu látek pomocí různých mechanismů tedy dochází nejen přes plazmatické membrány, ale také přes struktury biologických bariér. Studium těchto mechanismů je nezbytné pro pochopení podstaty regulačních procesů v těle.
Neuroglie se dělí na makroglie a mikroglie. Buňky makroglií – astrocyty, oligodendrocyty a ependymocyty – plní důležité funkce v nervovém systému.
Oligodendrocyty tvoří kolem nervových vláken dužinaté (myelinové) obaly (obr. 59). Oligodendrocyty také obklopují neurony ze všech stran a zajišťují jim výživu a sekreci.
Astrocyty vykonávají podpůrnou funkci, vyplňují prostor mezi neurony a nahrazují mrtvé nervové buňky. Neuron obvykle ukončuje axony mnoha dalších nervových buněk, z nichž všechny jsou od sebe izolovány astrocyty. Astrocyty velmi často končí svými procesy na cévách, tvoří tzv. cévní nohy (obr. 60) a podílejí se na tvorbě hematoencefalické bariéry. Astrocyty jsou také schopny ničit mikroby a škodlivé látky.
Ependymocyty- Jedná se o epiteliální buňky vystýlající dutiny mozkových komor. Jeden proces ependymocytu dosáhne krevní cévy. Předpokládá se, že ependymocyty jsou prostředníky mezi krevní cévou a dutinou mozkových komor naplněnou mozkomíšním mokem.
Zdroj buněk mikroglie slouží jako mozkové pleny, stěny krevních cév a cévnatka mozkových komor. Mikrogliální buňky jsou schopné pohybu. Zachycují a následně zpracovávají mikroby, cizorodé látky a mrtvé mozkové elementy, které se dostaly do těla. Shluky mikrogliálních buněk jsou často pozorovány v blízkosti oblastí poškozené dřeně.
Neurogliální buňky hrají hlavní roli při vytváření bariéry mezi krví a mozkem, tzv hematoencefalická bariéra. Ne všechny látky, které se dostanou do krve, mohou proniknout do mozku. Jsou zadržovány hematoencefalickou bariérou, která chrání mozek před vstupem různých pro něj škodlivých látek a také mnoha bakterií z krve. Astrocyty se spolu s dalšími strukturními formacemi podílejí na výkonu bariérových funkcí. Cévní stonky astrocytů obklopují krevní kapiláru ze všech stran a navzájem se těsně spojují.
Pokud je z nějakého důvodu porušena hematoencefalická bariéra, pak mohou do mozku a především do mozkomíšního moku proniknout mikroby nebo nepotřebné látky. mozkomíšní, nebo mozkomíšního moku nebo alkohol- jedná se o vnitřní prostředí mozku, které udržuje složení solí, podílí se na výživě mozkových buněk a odstraňování produktů rozpadu z nich. Ona také podporuje intrakraniální tlak, je hydraulický polštář mozku, který chrání nervové buňky před poškozením při chůzi, běhu, skákání a dalších pohybech.
Cerebrospinální mok vyplňuje komory mozku, centrální kanál míchy a prostory mezi membránami mozku a míchy. Neustále cirkuluje. Porušení jeho oběhu vede k poruchám centrálního nervového systému. Množství mozkomíšního moku u dospělého člověka je 120–150 ml. Hlavním místem jeho vzniku je choroidní plexus komor mozku. Cerebrospinální mok se obnovuje 3–7krát denně. Postrádá enzymy a imunitní orgány a obsahuje malý počet lymfocytů. Obsahuje méně bílkovin než krev a má přibližně stejný obsah minerálních solí jako krev.
Mnoho látek, které jsou v krvi nebo uměle zavedeny do krve, nevstupuje do mozkomíšního moku, a tedy do mozkových buněk. Hematoencefalická bariéra je pro mnohé biologicky prakticky neprostupná účinné látky krev: adrenalin, acetylcholin, serotonin, kyselina gama-aminomáselná, inzulin, tyroxin atd. Je také špatně propustný pro řadu antibiotik, například penicilin, tetracyklin, streptomycin. Některá léčiva, například mnohá antibiotika, musí být proto injikována přímo do mozkomíšního moku k léčbě neuronů v míše nebo mozku propíchnutím membrán míchy. Látky jako alkohol, chloroform, morfin a tetanový toxin přitom snadno pronikají hematoencefalickou bariérou do mozkomíšního moku a rychle působí na mozkové neurony.
Permeabilita hematoencefalické bariéry je regulována centrálním nervovým systémem. Díky tomu si mozek může do jisté míry regulovat svůj funkční stav. Kromě toho je v určitých oblastech mozku slabě exprimována hematoencefalická bariéra. V těchto oblastech nejsou kapiláry zcela obklopeny astrocyty a neurony mohou přímo kontaktovat kapiláry. Hematoencefalická bariéra je slabě vyjádřena v hypotalamu, epifýze, neurohypofýze a na hranici prodloužené míchy a míchy. Vysoká propustnost bariéry v těchto oblastech mozku umožňuje centrálnímu nervovému systému získávat informace o složení krve a mozkomíšního moku a také zajistit vstup neurohormonů vylučovaných v centrálním nervovém systému do krve.
5.6. Membránové potenciály nervových buněk
Při tomto procesu je významnou překážkou přenosu látek z krve do nervové tkáně vrstva endotelových buněk mozkových kapilár. Kapiláry mozku mají specifickou strukturu, která je odlišuje od kapilár jiných orgánů. Důležitá je také hustota distribuce kapilár na jednotku plochy v různých mozkových tkáních.
Rrontoft (1955) s použitím izotopů fosforu (P32) a semikoloidního zlata (Au198) v experimentu na králících ukázal, že množství látky, které proniklo do mozku, je úměrné ploše kapilárního řečiště, tj. hlavní membrána oddělující krev a nervovou tkáň.
Nejbohatší a nejrozsáhlejší kapilární síť má oblast hypotalamu v mozku. Tak podle N.I. Grashchenkova mají jádra okulomotorického nervu 875 kapilár na 1 mm, oblast kalkarinního žlábku okcipitálního laloku kůry. mozkové hemisféry- 900, jádra hypotalamu - 1100-1150, jádra paraventrikulární - 1650, supraoptic - 2600. Propustnost hematoencefalické bariéry v oblasti hypotalamu je o něco vyšší než v jiných částech mozku. Vysoká hustota kapilár a jejich zvýšená permeabilita v oblasti mozku spojená se zrakovými funkcemi vytváří příznivé podmínky pro látkovou výměnu v nervové tkáni zrakové dráhy.
Intenzitu fungování BBB lze posoudit podle poměru obsahu různých látek v mozkové tkáni a mozkomíšním moku. Mnoho údajů o BBB bylo získáno studiem pronikání různých látek z krve do mozkomíšního moku. Je známo, že mozkomíšní mok se tvoří jak v důsledku fungování choroidálního plexu, tak v důsledku ependymu komor mozku. N. Davson a kol. (1962) ukázali, že iontové složení mozkomíšního moku je totožné s iontovým složením vodného prostoru mozku. Bylo také prokázáno, že některé látky zavedené do mozkomíšního moku vstupují a jsou distribuovány v mozkových tkáních nikoli difúzně, ale po určitých anatomických drahách, vysoce závislých na hustotě kapilární sítě a charakteristikách metabolismu v jednotlivých funkčních oblastech mozkomíšního moku. mozek.
Bariérovou strukturou mozku jsou také cévní a buněčné membrány tvořené dvěma lipidovými vrstvami adsorbovaných proteinů. V tomto ohledu má při průchodu BBB rozhodující význam koeficient rozpustnosti látek v lipidových tucích. Rychlost narkotického působení celkových anestetik je přímo úměrná koeficientu rozpustnosti v lipidech (Meyer-Overtonův zákon). Nedisociované molekuly pronikají do BBB rychleji než vysoce tonické látky a ionty s nízkou rozpustností v lipidech. Například draslík prochází BBB pomaleji než sodík a brom.
Původní studie funkční morfologie hematoencefalické bariéry provedl G. G. Avtandilov (1961) v experimentu na psech. Pomocí metody injekcí podvojné soli do společné krční tepny a postranních komor mozku ukázal, že elektrolyty zavedené do krve byly nalezeny v mezibuněčných prostorech a bazální membráně epitelu choroidálních plexů mozku během několika málo minut. minut. Elektrolyty byly také nalezeny v základní látce stromatu choroidálních plexů.
S. Rapoport (2001) experimentálně stanovil stav BBB zavedením hypertonického roztoku arabinózy nebo mannitolu do karotidy. Po podávání po dobu 10 minut bylo zaznamenáno 10násobné zvýšení propustnosti bariéry. Doba trvání zvýšené propustnosti bariéry může být zvýšena na 30 minut, pokud předúprava látky, které blokují Ka + /Ca 2+ kanály.
Endoteliální buňky krevních kapilár mozku tvoří za účasti astrocytů těsná spojení, která brání průchodu látek rozpuštěných v krvi (elektrolytů, bílkovin) nebo buněk. BBB chybí v zadním laloku hypofýzy, v nejzadnějším poli kosočtverečné jamky, v choroidálním plexu a v periventrikulárních orgánech. BBB odděluje extracelulární prostředí mozku od krve a chrání nervové buňky před změnami koncentrace elektrolytů, neurotransmiterů, hormonů, růstových faktorů a imunitních reakcí. U řady onemocnění je narušena tvorba těsných spojení mezi buňkami BBB. K tomu dochází například u mozkových nádorů, které neobsahují funkční astrocyty. Permeabilita BBB se zvyšuje s hyperosmolaritou způsobenou intravenózním podáním hypertonické roztoky manitol nebo bakteriální meningitida.
Hematoencefalická bariéra u novorozenců se nevytváří. Proto se při hyperbilirubinémii u novorozence bilirubin dostává do mozku a poškozuje jádra mozkového kmene (kernikterus). Poškození bazálních ganglií vede k hyperkineze.
Systém periferních nervů není chráněn hematoencefalickou bariérou. Na autoimunitní onemocnění kořeny jsou ovlivněny míšní nervy(Guillain-Barrého syndrom) a neuromuskulární synapse (myasthenia gravis, myastenický syndrom).
Centrální regulace přívodu krve do mozku
Téměř všechny části centrálního nervového systému se podílejí na regulaci fungování kardiovaskulárního systému.
Existují tři hlavní úrovně takové regulace.
- Kmenové "středy".
- "Centrum" hypotalamu.
- Vliv určitých oblastí mozkové kůry.
1. "Stend center." V medulla oblongata, v oblasti retikulární formace a v bulbárních úsecích mostu, jsou formace, které společně tvoří kmenová (dřeňová) a romboencefalická oběhová centra.
2. „Centra“ hypotalamu. Podráždění retikulární formace v oblasti střední a diencephalon(oblast hypotalamu) může mít stimulační i inhibiční účinek na kardiovaskulární systém. Tyto účinky jsou zprostředkovány přes kmenová centra.
3. Ovlivnění určitých oblastí mozkové kůry. Krevní oběh ovlivňují části kůry dvou oblastí: a) neokortex; b) paleokortex.
Mozková tkáň je extrémně citlivá na snížený průtok krve mozkem. Pokud se průtok krve mozkem úplně zastaví, pak po 4 s jednotlivá porušení mozkových funkcí a po 8-12 s dochází k úplné ztrátě mozkových funkcí, doprovázené ztrátou vědomí. Na EEG jsou první poruchy zaznamenány po 4-6 s po 20-30 s spontánní elektrická aktivita mozku zcela mizí. Při oftalmoskopii jsou v retinálních žilách identifikovány oblasti s agregací červených krvinek. To je známka zastavení průtoku krve mozkem.
Autoregulace cerebrálního oběhu
Stálost průtoku krve mozkem je zajištěna její autoregulací při změnách perfuzního tlaku. V případech zvýšení krevní tlak- malý arteriální cévy mozek se při poklesu tlaku zužuje, naopak se rozšiřují. Pokud má systémový arteriální tlak tendenci se postupně zvyšovat, zpočátku se zvyšuje průtok krve mozkem. Poté však klesá téměř na původní hodnotu, přestože krevní tlak zůstává nadále vysoký. Taková autoregulace a stálost průtoku krve mozkem při kolísání krevního tlaku v určitých mezích jsou prováděny především myogenními mechanismy, zejména Baylisovým efektem. Tento účinek spočívá v přímých kontrakčních reakcích vláken hladkého svalstva mozkových tepen v reakci na různé stupně natažení arteriálním intravaskulárním tlakem. Autoregulační reakce je vlastní i cévám mozkového žilního systému.
Na různé patologie Může dojít k porušení autoregulace cerebrálního oběhu. Těžké stenózy vnitřní krční tepny s rychlým poklesem systémového krevního tlaku o 20-40 mmHg. Umění. vést ke snížení rychlosti průtoku krve uprostřed mozková tepna o 20-25 %. V tomto případě dojde k návratu rychlosti průtoku krve na počáteční úroveň až po 20-60 s. Za normálních podmínek k tomuto návratu dochází během 5-8 s.
Autoregulace mozkového prokrvení je tedy jednou z nejdůležitějších vlastností mozkové cirkulace Díky fenoménu autoregulace může mozek jako komplexní integrální orgán fungovat na nejpříznivější, optimální úrovni.
Regulace cerebrálního oběhu při kolísání složení krevních plynů
Existuje jasná korelace mezi průtokem krve mozkem a změnami ve složení krevních plynů (kyslík a oxid uhličitý). Stabilita udržení normálního obsahu plynu v mozkové tkáni má velká důležitost. S nadbytkem oxidu uhličitého a snížením obsahu kyslíku v krvi dochází ke zvýšení průtoku krve mozkem. Při hypokapnii a (hyperoxii) zvýšení obsahu kyslíku v krvi je pozorováno oslabení průtoku krve mozkem. Široce používán v klinice jako funkční test inhalace směsi kyslíku s 5% CO2. Bylo zjištěno, že maximální zvýšení rychlosti průtoku krve ve střední mozkové tepně během hyperkapnie (zvýšený obsah oxidu uhličitého v krvi) může dosáhnout 50 % ve srovnání s počáteční úrovní. Maximální snížení rychlosti průtoku krve (až 35 %) ve srovnání s výchozí úrovní je dosaženo při hyperventilaci a snížení napětí oxidu uhličitého v krvi. Existuje řada metod pro stanovení lokálního průtoku krve mozkem (radiologické metody, techniky odstraňování vodíku pomocí elektrod implantovaných do mozku). Poté, co R. Aaslid poprvé použil transkraniální dopplerografii v roce 1987 ke studiu změn mozkové hemodynamiky ve velkých cévách mozku, tato metoda zjistila široké uplatnění k určení průtoku krve v cévách.
Při nedostatku kyslíku a poklesu jeho parciálního tlaku v krvi dochází k vazodilataci, zejména arteriol. K dilataci mozkových cév dochází také při lokálním zvýšení obsahu oxidu uhličitého a (nebo) koncentrace vodíkových iontů. Kyselina mléčná má také vazodilatační účinek. Pyruvát má slabý vazodilatační účinek a ATP, ADP, AMP a adenosin mají silný účinek.
Metabolická regulace cerebrálního oběhu
Četné studie prokázaly, že čím vyšší a intenzivnější je metabolismus v určitém orgánu, tím větší je průtok krve v jeho cévách. Toho je dosaženo v důsledku změn odporu vůči průtoku krve rozšířením lumen krevních cév. V takovém vitálu důležité tělo Stejně jako mozek, jehož spotřeba kyslíku je extrémně vysoká, je průtok krve udržován na téměř konstantní úrovni.
Základní principy metabolické regulace průtoku krve mozkem formulovali Roy a Sherrinton již v roce 1890. Následně bylo prokázáno, že za normálních podmínek existuje úzká souvislost a korelace mezi aktivitou neuronů a lokálním průtokem krve mozkem v této oblasti. . V současné době byla zjištěna jasná závislost průtoku krve mozkem na změnách funkční činnosti mozku a duševní činnosti člověka.
Nervová regulace cerebrálního oběhu
Nervová regulace lumen krevních cév se provádí pomocí autonomního nervového systému.
Aktivně se účastní neurogenní mechanismy různé typy regulace průtoku krve mozkem. Úzce souvisí s autoregulací, metabolickou a chemickou regulací. V čem Důležité má podráždění odpovídajících baroreceptorů a chemoreceptorů. Eferentní vlákna směřující do mozkových cév končí v axonových zakončeních. Tyto axony jsou v přímém kontaktu s buňkami vláken hladkého svalstva piálních tepen, které zajišťují krevní oběh mozkové kůry. V mozkové kůře jsou prokrvení, metabolismus a funkce extrémně úzce propojeny. Senzorická stimulace způsobuje zvýšení průtoku krve v kortikálních sekcích těch analyzátorů, kde jsou adresovány aferentní impulsy. Korelace funkce mozku a průtoku krve mozkem, projevující se na všech úrovních strukturální organizace kůra, je realizována systémem pialových cév. Vysoce rozvětvená síť pialových cév je hlavním článkem zajišťujícím adekvátní místní prokrvení mozkové kůry.
Tkáňové dýchání mozku
Normální fungování lidského mozku je spojeno se spotřebou značného množství biologické energie. Tato energie pochází hlavně z oxidace glukózy. Glukóza je monosacharid ze skupiny aldohexóz, které jsou součástí polysacharidů a glykoproteinů. Je jedním z hlavních zdrojů energie v těle zvířat. Glykogen je stálým zdrojem glukózy v těle. Glykogen (živočišný cukr) je vysokomolekulární polysacharid vytvořený z molekul glukózy. Je to zásoba sacharidů v těle. Glukóza je produktem úplné hydrolýzy glykogenu. Krev vstupující do mozku dodává tkáně požadované množství glukózy a kyslíku. K normálnímu fungování mozku dochází pouze při stálém přísunu kyslíku.
Glykolýza je komplexní enzymatický proces štěpení glukózy, který probíhá v tkáních bez spotřeby kyslíku. Tím vzniká kyselina mléčná, ATP a voda. Glykolýza je zdrojem energie za anaerobních podmínek.
K funkčním poruchám mozkové činnosti dochází i při nedostatečném množství glukózy v krvi. Při podávání inzulínu pacientům byste měli být opatrní, protože nesprávné dávkování při podávání léku může vést k hypoglykémii se ztrátou vědomí.
Rychlost spotřeby kyslíku mozkem je v průměru 3,5 ml/100 g tkáně za 1 min. Rychlost spotřeby glukózy mozkem je 5,5 ml/100 g tkáně za 1 min. Mozek zdravého člověka přijímá energii převážně výhradně z oxidace glukózy. Více než 90 % glukózy využité mozkem prochází aerobní oxidací. Glukóza se nakonec oxiduje na oxid uhličitý, ATP a vodu. Při nedostatku kyslíku v tkáních se zvyšuje hodnota anaerobní glykolýzy, její intenzita se může zvýšit 4-7x.
Anaerobní metabolická cesta je méně ekonomická ve srovnání s aerobním metabolismem. Stejné množství energie lze získat z anaerobního metabolismu, kdy se odbourává 15krát více glukózy než z aerobního metabolismu. Při aerobním metabolismu vzniká rozkladem 1 molu glukózy 689 kcal, což se rovná 2883 kJ volné energie. Při anaerobním metabolismu vzniká rozkladem 1 molu glukózy pouze 50 kcal, což se rovná 208 kJ volné energie. Navzdory malému výdeji energie však anaerobní rozklad glukózy hraje roli v některých tkáních, zejména v buňkách sítnice. V klidu je kyslík aktivně absorbován šedou hmotou mozku. Bílá hmota mozku spotřebovává méně kyslíku. Pomocí pozitronové emisní tomografie bylo zjištěno, že šedá hmota absorbuje kyslík 2-3x intenzivněji než bílá hmota.
V mozkové kůře je vzdálenost mezi sousedními kapilárami 40 µm. Hustota kapilár v mozkové kůře je pětkrát vyšší než v bílé hmotě mozkových hemisfér.
Za fyziologických podmínek je saturace hemoglobinu kyslíkem asi 97 %. Pokud je tedy nutné zvýšit nároky orgánu na kyslík, je dodání kyslíku možné především zvýšením rychlosti průtoku krve. Se zvýšeným mozková činnost dodávání kyslíku do něj se zvyšuje především v důsledku sníženého svalového tonusu cévní stěny. Expanze mozkových cév je usnadněna snížením napětí kyslíku (hypoxie), dále zvýšením napětí oxidu uhličitého v intracelulárním a extracelulárním prostoru a zvýšením koncentrace vodíkových iontů v extracelulárním prostoru.
Vliv všech těchto faktorů však výrazně klesá s poklesem obsahu vápenatých iontů v perivaskulárním prostoru, které hrají velkou roli při zajišťování tonusu cév. Snížení koncentrace vápenatých iontů v extracelulárním prostředí vede k rozšíření cév a zvýšení k jejich zúžení.
Hlavní složkou (až 80 %) neuronových membrán a myelinu jsou lipidy. Poškození buněčných membrán je jedním ze spouštěčů rozvoje mnoha patologických procesů během různé nemoci vizuální cesta. Současně je pozorována volná apikální oxidace a akumulace produktů peroxidace lipidů jak v postižené oblasti, tak v krvi pacientů. Bylo zjištěno, že intenzita procesů peroxidace lipidů je neoddělitelně spojena se stavem antioxidačního systému těla. Při různých onemocněních, kdy je narušena rovnováha mezi pro- a antioxidačními procesy, dochází k destrukci buněčné membrány a substance. Zvýšená oxidace lipidů volnými radikály se nachází v oblastech hypoxie, glaukomu a sítnice oči s nadměrným osvětlením a další patologické stavy vizuální cesta.
Mikrocirkulace mozku
Mikrocirkulace je chápána jako soubor procesů proudění krve v cévách mikrocirkulační (terminální) výměny mezi krevní plazmou a intersticiální tekutinou a také tvorba lymfy z intersticiální tekutiny. Právě v kapilárách (nádobách výměny) dochází k výměně. živin a produkty buněčného metabolismu mezi tkáněmi a cirkulující krví.
Mikrocirkulace krve se skládá ze tří hlavních složek:
- Mikrohemodynamika.
- Mikroreologie.
- Transkapilární (hematotická) výměna - výměna probíhající stěnou kapilár a postkapilárních venul mezi krví a intersticiální tkáňovým mokem.
Lymfatické kapiláry pronikají do tkání téměř všech orgánů Lidské tělo. Chybí však v mozku, míše a zrakovém nervu. Veškerá drenáž z mozku a míchy probíhá přes žilní systém. Různé poruchy mikrocirkulace hrají důležitou roli v patogenezi a klinickém obrazu mnoha onemocnění zrakové dráhy.
Poruchy mozkové cirkulace (ischemie)
Ischemie je oslabení krevního oběhu v orgánu nebo části orgánu v důsledku snížení průtoku krve, což vede k poruše prokrvení tkání. Odpověď centrálního nervového systému na ischemii je vyjádřena v excitaci oběhových center prodloužené míchy, doprovázené především vazokonstrikcí. Poruchy mozkové cirkulace mohou být obecného (srdeční onemocnění atd.) a lokálního (ischémie atd.) charakteru. V tomto případě reverzibilní a nevratné změny v tkáních a buňkách mozku nebo jeho jednotlivých částí. Při nedostatku kyslíku je narušena oxidativní fosforylace a následně i syntéza ATP. Došlo k poškození buněčná membrána je kritickým okamžikem pro rozvoj nevratných (smrtelných) změn v buňce. Významné zvýšení hladiny vápníku v cytoplazmě je jednou z hlavních příčin biochemických a morfologických změn vedoucích k buněčné smrti.
Patologické změny v dřeni nervové vlákno bílá hmota Mozek se skládá ze změn jeho dvou hlavních prvků – myelinové pochvy a axiálního válce. Bez ohledu na důvod přerušení nervového vlákna dochází v jeho periferní části ke změnám definovaným jako Wallerova degenerace.
Při výrazném stupni ischemie dochází k koagulační nekróze neuronu (nervové buňky). Anoxická (neboli homogenizující) změna v neuronu je blízká té ischemické, protože je také založena na procesech buněčné koagulace. Smrt mozkových neuronů často doprovází proces neuronofágie. V tomto případě jsou do nervové buňky zavedeny leukocyty nebo gliocyty doprovázené fagocytózou.
Během ischemie je pozorována cirkulační ischemická hypoxie. Může být akutní a chronická. Ischémie může vést k odumření jednotlivých neuronů nebo skupiny neuronů (neúplná nekróza) nebo k rozvoji infarktu jednotlivých oblastí mozkové tkáně (úplná nekróza). Povaha a závažnost těchto patologických změn jsou přímo závislé na velikosti, délce trvání a lokalizaci cévní mozkové příhody.
Kompenzačně-adaptivní procesy v mozku jsou špatně vyjádřeny. Regenerační procesy různých mozkových tkání jsou velmi omezené. Tato vlastnost velmi zhoršuje závažnost a poruchy krevního oběhu mozkové tkáně. Nervové buňky a jejich axony se neregenerují. Separační procesy jsou nedokonalé a probíhají za účasti gliových a mezenchymálních prvků. Adaptační a kompenzační procesy v mozku se neprovádějí ani tak prostřednictvím obnovy poškozených struktur, ale prostřednictvím různých kompenzačních funkčních změn.
Porušení hematoencefalické bariéry při určitých patologických procesech mozku a jeho membrán
Různé patologické procesy vyvíjející se v tkáních a membránách mozku mají řadu rysů svého průběhu. Nestejná citlivost jednotlivých neuronů mozku, lišících se strukturou a chemií, na různé vlivy, regionální rysy krevního oběhu, různorodost reakcí neuroglií, nervových vláken a mezenchymálních elementů vysvětluje topografii a polymorfismus reakcí hematoencefalické bariéry. v různých patologických procesech.
Hematoencefalická bariéra velmi rychle reaguje na patologické procesy rozvojem lokálního nebo šířícího se edému. Vzhledem k tomu, že se mozek nachází v omezeném prostoru lebeční dutiny, i mírné zvětšení jeho objemu v důsledku edému vede k morfologickým a funkčním poruchám hematoencefalické bariéry. V důsledku toho je narušen krevní oběh neuronů a výživa jejich axonů. Zároveň trpí i likvorová dynamika mozku, což prohlubuje rozvoj patologického procesu v nervové tkáni. Poruchy mikrocirkulace a bariérových mechanismů v určitých postižených oblastech mohou vést ke změnám funkcí synaptického aparátu neuronů ve zrakové dráze, což ovlivňuje zrakové funkce.
Provádění vizuálu nervové vzruchy je také ostře narušen v důsledku patologických změn v pulpních nervových vláknech zrakové dráhy. Patologie vlákna pulpálního nervu spočívá ve změnách jeho dvou hlavních složek: axiálního válce a myelinové pochvy. Bez ohledu na příčinu, která poškození nervového vlákna způsobila, vzniká v jeho periferní části soubor změn, označovaných jako Wallerova degenerace.
U roztroušené sklerózy dochází především k destrukci myelinu, která prochází stadii Wallerovské degenerace. Axiální válce axonů trpí v menší míře u roztroušené sklerózy, která v počáteční fáze nezpůsobuje onemocnění prudký pokles zrakové funkce. Vědci analyzovali rysy klinických projevů, MRI data, imunologické studie krve a mozkomíšního moku u pacientů s roztroušenou sklerózou akutní projevy onemocnění v dětství i v dospělosti. U dětí jednoznačně dominovaly poruchy zraku způsobené oční neuritidou a dysfunkcí mozkového kmene (závratě, nystagmus, poruchy okulomotoriky a inervace obličeje). Na začátku debutu roztroušená skleróza Děti měly častěji než dospělí dysfunkci hematoencefalické bariéry (100 a 50 %).
V diagnostice demyelinizačních onemocnění centrálního nervového systému V. Kalman, F. D. Liblin (2001) přikládají význam novým metodám klinického výzkumu a také imunologickým datům. Tyto klinické studie nejlépe odrážejí stav hematoencefalické bariéry.
Poruchy funkce hematoencefalické bariéry byly také zaznamenány u Behcetovy choroby s poškozením centrálního nervového systému. Při studiu spektra krevního séra a mozkomíšního moku u pacientů s Behçetovou chorobou a poškozením CNS byly na rozdíl od pacientů s Behçetovou chorobou zvýšeny beta (2) mikroglobuliny a albumin, ale bez poškození CNS.
Kvůli porušení místní funkce hematoencefalická bariéra může způsobit dočasnou kortikální slepotu. L. Coelho a kol. (2000) popisují 76letého pacienta, u kterého se po koronarografii rozvinula kortikální slepota. Možné důvody- poruchy osmotické rovnováhy hematoencefalické bariéry selektivně v oblasti okcipitálního kortexu mozku popř. imunologické reakce na kontrastní látka. Po 2 dnech se zrak pacienta obnovil.
Z nemocí mají na hematoencefalickou bariéru zvláště nepříznivý vliv mozkové nádory, primární i metastatické. Výsledek léčba drogami mozkové nádory se snižují na stupeň penetrace a dopadu léčivá látka na postižených tkáních. M. S. Zesniak a kol. (2001) ukázali, že biodegradabilní polymery mohou procházet chemoterapeutickými látkami přes hematoencefalickou a mozkomíšní bariéru do mozkových gliomů. Nové polymerní technologie také používají jiná nechemoterapeutická činidla, včetně angiogenetických činidel a imunoterapií.
Vzhledem k významné úloze angiogeneze v růstu nádorů, včetně neoplazie centrálního nervového systému, se k léčbě používají inhibitory neovaskularizace nádorů. Terapeutický potenciál těchto léků při systémovém podávání u pacientů s nádory mozku je však omezený kvůli přítomnosti anatomických a fyziologických bariér v centrálním nervovém systému, které brání léku proniknout do nádoru. Terapeutické koncentrace léčiva v nádoru lze dosáhnout implantací polymerů řídících uvolňování pro lokální podávání přímo do nádorového parenchymu, obcházením hematoencefalické bariéry. V tomto případě je minimální systémový toxické účinky. Použitím polymerů řídících uvolňování bylo dosaženo určitého úspěchu v antiangiogenní terapii maligních intrakraniálních mozkových nádorů. Tuto terapii lze kombinovat s jinými typy léčby: chirurgickým zákrokem, ozařováním, cytotoxickou chemoterapií.
Při poranění mozku dochází k těžké a rychle se rozvíjející dysfunkci hematoencefalické bariéry. Podle V.A. Kuksinského a kol. (1998), při těžkém traumatickém poranění mozku je výrazně narušena permeabilita hematoencefalické bariéry a prudce se zvyšuje obsah albuminu a L2-makroglobulinu v mozkomíšním moku. Bylo zjištěno, že čím závažnější je poranění, tím vyšší je obsah těchto bílkovin v mozkomíšním moku. Zvýšený obsah v mozkomíšním moku L2-makroglobulin, který je spojen s endogenními protézami, pravděpodobně způsobuje sekundární poškození mozkové tkáně. Údaje těchto autorů ukazují na nerozlučný, kontinuální vztah mezi mozkomíšním mokem komorového systému a mozkomíšním mokem.
Kompenzačně-adaptivní a ochranné funkce hematoencefalická bariéra má své vlastní vlastnosti. Regenerace mozkové tkáně je velmi omezená, což zhoršuje výsledek jakéhokoli patologického procesu v mozku. Nervové buňky a jejich axony se neobnovují. Reparační procesy v nervové tkáni jsou nedokonalé a probíhají za účasti gliových a mezenchymálních elementů. Obvykle končí tvorbou jizev nebo cyst. Kompenzace funkcí, včetně vizuálních, se neprovádí ani tak obnovou struktury, ale bohatými interneuronovými spoji.
