Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – нейроваскулярная структура, которая играет ведущую роль в обеспечении защиты нервных клеток от повреждения, поэтому относится к значимым факторам поддержания гомеостаза мозга. Основные функции – локальная регуляция церебрального кровотока с учетом текущих потребностей разных участков мозга и защита ЦНС от проникновения чужеродных веществ, в том числе некоторых патогенных микроорганизмов.
Характеристика
ГЭБ в медицине – это мозговая структура, образованная клетками разного типа, в том числе нейронами (электрически возбудимые клеточные элементы), астроцитами (глиальные клеточные элементы), перицитами (клеточные элементы соединительной ткани), эндотелиоцитами (клеточные элементы мезенхимного происхождения).
Это высокоорганизованная, многофункциональная система, которая присутствует в микроциркуляторном церебральном русле с диаметром сосудов меньше 100 мкм (капилляры). По данным гистологии, эндотелиоциты, входящие в состав гематоэнцефалического барьера, расположенные в церебральных капиллярах, анатомически и функционально связаны с клетками других типов.
Они играют ключевую роль в создании препятствия для проникновения посторонних соединений. Эндотелиоциты церебральных капилляров отличаются от аналогичных клеточных элементов в составе других тканей и органов. Отличительные особенности церебральных эндотелиоцитов:
- Увеличенное содержание митохондрий (органелла с двумя мембранами).
- Отсутствие фенестраций (неполных удвоений сосуда с единым началом и концом) капилляров.
- Повышенная устойчивость к воздействию электрических стимулов.
- Пиноцитозная активность (захват окружающей жидкости клеточной поверхностью) на минимальном уровне.
- Формирование плотных межклеточных контактов.
Протекторную функцию эндотелиоцитов также обеспечивают факторы – уникальный набор рецепторов, комбинация транспортных белков, комплекс помп неселективного типа. Рассматривая гистологическое строение гематоэнцефалического барьера, следует выделить другие клеточные элементы, например, перициты – удлиненные элементы с многочисленными отростками, которые пролегают вдоль капиллярной оси.
Многочисленные отростки направлены к капиллярам и посткапиллярным (образованным слиянием нескольких капилляров) венулам. Взаимодействуют с эндотелиальными клеточными элементами и аксонами, отходящими от нейронов симпатического отдела вегетативной системы. Передают импульсы от нейронов эндотелиоцитам, что обуславливает регуляцию процесса аккумуляции или потери жидкости клеточными элементами.
В результате происходит расширение или сужение сосудистого русла. Оказывают стабилизирующее действие на вновь сформировавшиеся сосуды, замедляют их дальнейший рост. Увеличение концентрации перицитов на фоне аккумуляции матричных белков за пределами клетки приводит к окончательному созреванию сосудов и стабилизации их состояния.
Снижение количества перицитов сопровождается увеличенной проницаемостью гематоэнцефалического комплекса, что связано с эндотелиальной гиперплазией (патологическая пролиферация клеток эндотелия), патологической васкуляризацией (образование новых сосудов) мозгового вещества Гематоэнцефалический барьер головного мозга состоит из клеток разного типа, которые выполняют разные задачи.
Основная функция астроцитов – координация работы транспортных систем внутри структуры. Отростки астроцитов направлены к сосудам и взаимодействуют с эндотелиоцитами, влияя на их активность. Исследования показывают, астроциты определяют функциональные характеристики эндотелиоцитов и влияют на процесс развития ткани, образующей сосуды микроциркуляторного русла.
Таким способом астроциты регулируют степень проницаемости ГЭБ. Влияние астроцитов на эндотелиоциты прослеживается в стимуляции такого свойства, как выталкивание ксенобиотиков (чужеродных химических соединений) из нервной ткани. Исследования показывают, увеличение количества астроцитов в комплексе ГЭБ способствует понижению проницаемости для чужеродных организму соединений.
Астроциты выполняют функции посредников, которые осуществляют связь нейронов, передающих управляющие сигналы, и эндотелиоцитов. Взаимодействие астроцитов и эндотелиоцитов осуществляется через кальций-опосредованные каналы. Передача импульсов от нейронов эндотелиоцитам также выполняется пуринергическим способом передачи – посредством пуриновых нуклеотидов и нуклеозидов.
Астроциты в составе гемато-энцефалического барьера продуцируют нейроактивные компоненты – нейропептиды (регулируют физиологические функции), факторы роста (соединения, стимулирующие рост и пролиферацию клеточных элементов), стероиды (участвуют в регуляции физиологических, молекулярных функций и процессе обмена веществ), эйкозаноиды (окисленные производные жирных кислот).
Большое количество астроцитов, окружающих сосуды, связано с увеличенной потребностью нейронов в питании. Астроциты стимулирующим образом воздействуют на транспорт глюкозы, преобразуют глюкозу в лактат, контролируют доставку лактата к нейронам. Капилляры мозгового вещества иннервируются нейронами холинергической, ГАМК-ергической, серотонинергической и других рецепторных систем.
Нейроны в составе ГЭБ определяют функции нейроваскулярной структуры, что, например, проявляется в таком процессе, как стимуляция синтеза белков в эндотелиоцитах. Межклеточные соединения ГЭБ представлены плотными контактами и контактами сцепления. Плотные контакты, представленные непрерывной линией, образуются благодаря тесному взаимодействию отдельных эндотелиоцитов.
Наличие плотных контактов – фенотипическая особенность гематоэнцефалического барьера, который условно разделяет ткани ЦНС и кровеносную систему организма. Плотные контакты образую физическую преграду для чужеродных соединений, ограничивают транспорт молекул через межклеточное пространство, что приводит к увеличению транспорта через клеточную цитоплазму.
Контакты сцепления поддерживают устойчивые связи между эндотелиоцитами. Они участвуют в сдерживании роста сосудов посредством контактного взаимодействия, тормозят процессы реваскуляризации (восстановление, образование нового капиллярного русла). Контакты сцепления образованы трансмембранными белками.
Структура, аналогичная ГЭБ – гемато-тимусный барьер, который представляет собой физиологическое препятствие между кровеносной системой и тимусом (орган иммунной системы), располагается в корковом слое вилочковой железы, предотвращает воздействие антигенов, циркулирующих в крови, на процесс созревания Т-лимфоцитов.
Изучение особенностей проницаемости ГЭБ имеет значение в контексте выбора антибактериальной терапии при нейроинфекциях (менингит, энцефалит). Лечение инфекций ЦНС предполагает необходимость проникновения антибиотиков в мозговое вещество. Антибиотики, проходящие через гематоэнцефалический барьер и проникающие в ткани мозга, обеспечивают терапевтическое действие.
Функции
Гематоэнцефалический барьер – это такое образование в пределах мозга, которое выполняет защитную функцию, что выражается в препятствовании прохождению нейротоксических веществ, негативно влияющих на структуры ЦНС. Другие функции связаны с регуляцией церебрального кровотока и метаболических процессов в нейронах и синаптических контактах.
Одна из основных задач ГЭБ – задержка веществ, поступающих извне или образующихся в организме, способных повредить клетки нервной ткани. Гематоэнцефалический барьер невозможно назвать непреодолимой преградой для нейротоксических веществ, структура защищает нервную ткань относительно. Степень надежности защитной функции зависит от факторов:
- Количество (уровень) содержащихся в крови нейротоксических веществ.
- Общее состояние здоровья человека.
- Длительность нахождения вредных веществ в организме.
- Влияние внешней среды.
Принцип действия ГЭБ основан на совокупном участии в обороне клеточных элементов и межклеточных контактов, которые ограничивают перемещение водорастворимых соединений, замедляют эндоцитоз (процесс захвата клеткой внешнего материала) и трансцитоз (перенос веществ через клетку).
Гематоэнцефалический барьер координирует деятельность мозговых структур, обеспечивает питание нервных клеток и выведение вторичных продуктов жизнедеятельности. В физиологии главная функция ГЭБ определяется, как поддержание гомеостаза (саморегуляция, способность обеспечивать постоянство физиологического состояния) нервной ткани.
ГЭБ препятствует попаданию в мозг эндотоксинов и экзотоксинов, обеспечивает транспорт питательных веществ, необходимых для функциональной активности нейронов, поддержания энергетического баланса нервных клеток и их пластического потенциала. Функция ГЭБ заключается в противостоянии воздействию токсичных соединений, предотвращении их проникновения из капилляров в мозговое вещество.
Патологии
Нарушение деятельности гематоэнцефалического барьера связывают с развитием многих патологий ЦНС, что подтверждает такую его функцию, как защита нервной ткани от повреждений. Нарушение проницаемости ГЭБ участвует в патогенезе заболеваний:
- Эпилепсия.
- Опухолевые процессы.
- Сосудистые патологии.
- Нейродегенеративные процессы.
- Гипоксически-ишемическое повреждение нервной ткани.
- Демиелинизирующие процессы.
Например, раковые клетки проникают в мозг при помощи молекул микроРНК, которые разрушают плотные контакты между эндотелиоцитами, что приводит к увеличению проницаемости ГЭБ. Усиление прохождения чужеродных соединений через гистогематический барьер – это фактор интенсивного развития патологического процесса при черепно-мозговых и родовых травмах. Выделяют механизмы транспорта веществе через клеточную мембрану в пределах ГЭБ:
- Простая диффузия (молекулы и ионы движутся через отверстия в клеточной мембране или через межклеточное пространство без участия переносчиков).
- Облегченная диффузия при взаимодействии с переносчиком.
- Транспорт, поддерживаемый переносчиком (например, эндоцитоз – захват клеткой внешнего материала).
- Эффлюксный транспорт (передвижение молекул и ионов при участии эффлюксных белков-транспортеров).
Основные механизмы нарушения деятельности ГЭБ связаны с физическим повреждением нейроваскулярного комплекса, разъединением плотных контактов, сформированных между эндотелиоцитами, повреждением токсического генеза клеточных мембран астроцитов и эндотелиоцитов.
Разъединение плотных контактов сопровождается отеком и расширением диаметра конечных ответвлений астроцитов. Подобный механизм увеличения проницаемости ГЭБ типичен для нарушения мозгового кровотока, протекающего в острой форме, инсульта, асфиксии (удушья) новорожденных. Последние исследования демонстрируют аналогичное развитие патогенетического процесса при эпилепсии.
Повреждение клеточных мембран происходит вследствие воздействия токсинов разного типа, что приводит к нарушению транспорта через мембранный комплекс. Подобные нарушения деятельности ГЭБ происходят на фоне нейроинфекций, алкогольной энцефалопатии, протекающей в острой форме, и других патологиях, сопровождающихся обширным инфекционно-токсическим шоком и ДВС-синдромом.
Механическое повреждение структур ГЭБ происходит при черепно-мозговых и родовых травмах, опухолевых очагах, интенсивно разрастающихся в тканях мозга. Прорыв целостности ГЭБ всегда сопровождается мозговым отеком, что нередко ассоциируется с угрозой для жизни.
Гематоэнцефалический барьер – нейроваскулярный комплекс, состоящий из клеток разного типа, призванный поддерживать гомеостаз мозга и защищать нервную ткань от нейротоксического воздействия чужеродных веществ.
