Hematoencefāliskā (asins-smadzeņu) barjera — definīcija un funkcijas
Asins-smadzeņu barjera (BBB
) ir ļoti selektīva caurlaidības barjera. Tā kontrolē, kas no asinsrites nonāk smadzenēs un kas ne. Barjera ir vitāli svarīga smadzeņu mikrovides stabilitātei — tā uztur jonisko un ķīmisko līdzsvaru, kas nepieciešams nervu šūnu darbībai un signālu pārraidei.
Piemēram, smadzeņu izdzīvošanai nepieciešamās vielas (ūdens, glikoze un aminoskābes) var izkļūt cauri barjerai. Tomēr barjera neļauj smadzenēs iekļūt arī daudzām kaitīgām vielām, piemēram, baktērijām un vīrusiem. Tas palīdz pasargāt smadzenes no infekcijas un no sistēmiskām svārstībām, kas varētu bojāt nervu funkcijas.
Kas veido hematoencefālisko barjeru
Asins-smadzeņu barjeru pamatā veido kapilāru endotēlija šūnas, kas ir cieši saistītas ar blīvām šūnu savienojumu (tight junctions). Papildus endotēlijam barjeras struktūrā nozīmīgu lomu spēlē:
- Pericīti — šūnas, kas ieskauj kapilārus un regulē asinsvadu stabilitāti un permeabilitāti;
- Astrocītu galotnes (astroglijas end-feet) — tās aptver kapilārus un izdala signālmolekulas, kas uztur endotēlija īpašības;
- Bazālplāksnīte — extracelulārā matriksa slānis, kas nodrošina mehānisku atbalstu un signālu apmaiņu starp komponentēm.
Galvenās funkcijas
Hematoencefāliskā barjera pilda vairākas būtiskas funkcijas:
- Neiroprotekcija: aizsargā smadzenes no toksīniem, mikroorganismiem un nefizoloģiskām vielām.
- Homoēstāze: uztur stabilu jonisku un metabolītu vidi (piem., K+, Ca2+, pH), kas nepieciešama nervu šūnu darbībai.
- Selektīva barības vielu piegāde: nodrošina nepieciešamo vielu (piem., glikoze, aminoskābes) transportu uz smadzenēm, vienlaikus ierobežojot nevēlamu sastāvdaļu iekļūšanu.
- Aktīva neitralizācija: izvada neirotoksīnus un zāļu blakusproduktus ar aktīvo transportu.
Transporta mehānismi pāri barjerai
Barjera nav pilnīgi necaurlaidīga — molekulas pārvietojas pa dažādiem ceļiem:
- Pasīvā difūzija: mazas, lipīdos šķīstošas molekulas un dažas gāzes (piem., O2, CO2) var difūzēt cauri endotēlija šūnu membrānām.
- Novirzīts transports (carrier-mediated transport): specifiski transportieri (piem., GLUT1 glikozei) pārvadā nepieciešamās barības vielas.
- Receptoru starpniecības transcitoze: lielām molekulām (piem., insulīnam, transferrīnam) ir speciāli receptoru atkarīgi mehānismi, kas tās pārnēsā pāri endotēlijam.
- Vesikula starpniecības transcitoze: endocitoze un eksocitoze, ko izmanto dažas proteīnas un peptīdi.
- Aktīvā izsūce (efflux): proteīni kā P-glikoproteīns (P-gp) izvada toksīnus un daudzas zāles atpakaļ asinīs, ierobežojot to smadzeņu koncentrāciju.
Reģioni bez hematoencefāliskās barjeras
Dažos nelielos smadzeņu apgabalos nav hematoencefaliskās barjeras. Tos sauc par circumventricular organs — šie reģioni (piem., area postrema, organum vasculosum laminae terminalis, median eminence) uztver asins sastāvu un ļauj hormoniem vai citām zīmēm mijiedarboties ar smadzenēm. Šīs zonas darbojas kā sensori un sekretējošas struktūras, taču tās padara arī šos apgabalus jutīgākus pret toksīniem.
Klīniskā nozīme
Hematoencefāliskās barjeras bojājumiem vai funkcijas traucējumiem var būt nopietnas sekas. Piemēram:
- Insults un trauma: barjeras plīsums var izraisīt tūsku, iekaisumu un papildus neiroloģisku bojājumu.
- Autoimūnas slimības: multiple sclerosis izraisa barjeras bojājumus, ļaujot imūnšūnām iekļūt centrālajā nervu sistēmā.
- Infekcijas: dažas baktērijas un vīrusi spēj apiet vai bojāt barjeru, radot meningītu vai encefalītu.
- Neirodeģeneratīvas slimības: pētījumi liecina, ka barjeras disfunkcija var sekmēt Alcheimera slimības un citu deģeneratīvu traucējumu attīstību.
- Farmakoloģiskais izaicinājums: BBB ierobežo daudzu zāļu piekļuvi smadzenēm, kas apgrūtina efektīvu ārstēšanu parkinsona slimībai, vēžām smadzenēs un citām CNS slimībām.
Pētījumi un ārstēšanas pieejas
Zinātnieki meklē veidus, kā droši pārvarēt vai īslaicīgi modulēt barjeru, lai piegādātu zāles smadzenēm. Pieejas ietver:
- receptoru starpniecības transporta izmantošanu (piem., konjugāti ar transferrīna receptoru ligandiem);
- nanodaļiņu un liposomu tehnoloģijas, kas uzlabo zāļu iekļūšanu;
- fokusētas ultraskaņas izmantošanu kombinācijā ar mikroburbuļu injekciju, lai īslaicīgi atvērtu BBB kontrolētā vietā;
- intrahepatālas vai intratekasālas (lokālas) zāļu piegādes metodes.
Kopsavilkums
Hematoencefāliskā barjera ir sarežģīta un dinamiski regulēta sistēma, kas aizsargā smadzenes un uztur to funkciju stabilitāti. Lai gan tā neļauj iekļūt daudziem kaitīgiem faktoriem, tās īpašības arī ierobežo terapeitisko zāļu piegādi. Izpratne par BBB struktūru, transporta mehānismiem un slimībām, kas to ietekmē, ir svarīga, lai attīstītu efektīvākas ārstēšanas metodes smadzeņu slimību ārstēšanai.
Daļa no kapilāru tīkla, kas apgādā smadzeņu šūnas.
Atklājums
Vācu ārsts Pauls Ērlihs atklāja hematoencefalisko barjeru. Viņš injicēja krāsvielu peļu asinsritē. Krāsviela nokļuva visos orgānos, izņemot smadzenes. Asins-smadzeņu barjera bija aizkavējusi krāsvielas nokļūšanu smadzenēs. Tad viens no Ērliha studentiem injicēja krāsvielu tieši peļu smadzenēs. Šoreiz smadzenes kļuva zilas, bet citi orgāni ne. Asins-smadzeņu barjera bija apturējusi krāsvielas nokļūšanu no smadzenēm asinsritē (kas būtu pārnesusi krāsvielu uz visiem citiem ķermeņa orgāniem).
Funkcija
Asins-smadzeņu barjera aizsargā smadzenes no daudzām izplatītām infekcijām. Smadzeņu infekcijas ir retas. Ja tādas notiek, tās bieži ir nopietnas un grūti ārstējamas. Antivielas (kuras organisma imūnsistēma ražo, lai cīnītos pret infekcijām) ir pārāk lielas, lai šķērsotu hematoencefalisko barjeru. Arī daudzas antibiotikas nevar izkļūt cauri BBB, lai iznīcinātu infekciju smadzenēs.
Viens no veidiem, kā medikamentus ievadīt smadzenēs, ir injicēt tos cerebrospinālajā šķidrumā (CSF). CSP palīdz aizsargāt galvas un muguras smadzenes. Tomēr tas faktiski nesaskaras ar galvas smadzenēm. Tā vietā divi no slāņiem, kas aizsargā galvas un muguras smadzenes, satur CSP. Tāpēc, pat ja zāles tiek injicētas tieši COSF, tās joprojām ļoti slikti iekļūst galvas smadzenēs.
Dažas baktērijas, vīrusi un citas vielas var izkļūt cauri hematoencefaliskajai barjerai un bojāt smadzenes. Piemēram:
- Spirohetu baktērijas, piemēram, Borrelia (kas izraisa Laima slimību) un Treponema pallidum (kas izraisa sifilisu).
- Daži vīrusi, piemēram, Rietumnīlas vīruss un poliomielīta vīruss.
- Alkohols un daudzas nelegālās narkotikas, piemēram, heroīns un kokaīns.
Saistītās lapas
- Psihoaktīvās zāles (zāles, kas var šķērsot hematoencefalisko barjeru).
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir asins-smadzeņu barjera?
A: Asins-smadzeņu barjera ir caurlaidīga barjera, kas kontrolē to, kas no asinsrites iekļūst smadzenēs.
J: Kas var izkļūt cauri hematoencefaliskajai barjerai?
A: Ūdens, glikoze un aminoskābes ir dažas no vielām, kas var izkļūt cauri hematoencefaliskajai barjerai.
J: Kādas kaitīgas vielas neļauj hematoencefāliskai barjerai iekļūt smadzenēs?
A: Asins-smadzeņu barjera neļauj smadzenēs iekļūt daudzām kaitīgām vielām, piemēram, baktērijām un vīrusiem.
J: Kā veidojas hematoencefāliskā barjera?
A: Asins-smadzeņu barjeru veido kapilāru endotēlija šūnas.
J: Kā hematoencefāliskā barjera nodrošina noteiktu molekulu iekļūšanu?
A: Asins-smadzeņu barjera caurlaiž ūdeni, dažas gāzes un lipīdos šķīstošas molekulas pasīvās difūzijas ceļā. Tā ļauj arī selektīvi transportēt tādas molekulas kā glikoze un aminoskābes, kas ir ļoti svarīgas nervu darbībai.
Vai caur hematoencefalisko barjeru var izkļūt neirotoksīni?
A: Asins-smadzeņu barjera var novērst neirotoksīnu iekļūšanu, izmantojot aktīvu transporta mehānismu.
J: Vai smadzenēs ir zonas bez hematoencefaliskās barjeras?
Jā, dažās nelielās smadzeņu daļās nav hematoencefaliskās barjeras.
