Penghalang darah-otak

Penghalang darah-otak sangat penting untuk memastikan homeostasis otak, tetapi banyak persoalan mengenai pembentukannya masih belum dijelaskan sepenuhnya. Tetapi sudah jelas bahawa BBB adalah penghalang histohematik yang paling dibezakan, kompleks, dan padat. Unit struktur dan fungsi utamanya ialah sel endothelial kapilari otak.

Metabolisme otak, tidak seperti organ lain, bergantung pada bahan yang masuk bersama aliran darah. Banyak saluran darah yang memastikan fungsi sistem saraf dibezakan oleh fakta bahawa proses penembusan bahan melalui dindingnya adalah selektif. Sel-sel endothelial kapilari otak disambungkan antara satu sama lain melalui sentuhan ketat yang berterusan, jadi bahan hanya boleh melalui sel itu sendiri, tetapi tidak di antara mereka. Sel Glia, komponen kedua penghalang darah-otak, bersebelahan dengan permukaan luar kapilari. Dalam plexus vaskular ventrikel otak, asas anatomi penghalang adalah sel epitelium, juga bersambung rapat antara satu sama lain. Pada masa ini, penghalang darah-otak dianggap bukan sebagai anatomi dan morfologi, tetapi sebagai pembentukan berfungsi yang mampu melepasi secara selektif, dan dalam beberapa kes menghantar pelbagai molekul ke sel saraf menggunakan mekanisme pengangkutan aktif. Oleh itu, penghalang melaksanakan fungsi pengawalseliaan dan perlindungan

Terdapat struktur dalam otak di mana penghalang darah-otak menjadi lemah. Ini terutamanya hipotalamus, serta beberapa struktur di bahagian bawah ventrikel ke-3 dan ke-4 - medan paling posterior (kawasan postrema), organ subfornik dan subcommissural, dan badan pineal. Integriti BBB terganggu dalam lesi otak iskemia dan radang.

Penghalang darah-otak dianggap terbentuk sepenuhnya apabila sifat sel-sel ini memenuhi dua syarat. Pertama, kadar endositosis fasa cecair (pinositosis) di dalamnya mestilah sangat rendah. Kedua, persimpangan ketat tertentu mesti terbentuk di antara sel, yang dicirikan oleh rintangan elektrik yang sangat tinggi. Ia mencapai nilai 1000-3000 Ohm/cm2 ^untuk kapilari pia mater dan dari 2000 hingga 8000 0 m/cm2 untuk kapilari serebrum intraparenchymal. Sebagai perbandingan: nilai purata rintangan elektrik transendothelial kapilari otot rangka adalah hanya 20 Ohm/cm2.

Kebolehtelapan penghalang darah-otak untuk kebanyakan bahan sebahagian besarnya ditentukan oleh sifatnya, serta keupayaan neuron untuk mensintesis bahan-bahan ini secara bebas. Bahan yang boleh mengatasi halangan ini termasuk, pertama sekali, oksigen dan karbon dioksida, serta pelbagai ion logam, glukosa, asid amino penting dan asid lemak yang diperlukan untuk fungsi otak yang normal. Glukosa dan vitamin diangkut menggunakan pembawa. Pada masa yang sama, D- dan L-glukosa mempunyai kadar penembusan yang berbeza melalui penghalang - yang pertama adalah lebih daripada 100 kali lebih tinggi. Glukosa memainkan peranan utama dalam metabolisme tenaga otak dan dalam sintesis sejumlah asid amino dan protein.

Faktor utama yang menentukan fungsi penghalang darah-otak adalah tahap metabolisme sel saraf.

Penyediaan neuron dengan bahan yang diperlukan dilakukan bukan sahaja melalui kapilari darah yang menghampiri mereka, tetapi juga terima kasih kepada proses membran lembut dan arachnoid, di mana cecair serebrospinal beredar. Cecair serebrospinal terletak di rongga tengkorak, di ventrikel otak dan di ruang antara membran otak. Pada manusia, jumlahnya adalah kira-kira 100-150 ml. Terima kasih kepada cecair serebrospinal, keseimbangan osmotik sel saraf dikekalkan dan produk metabolik toksik kepada tisu saraf dikeluarkan.

Laluan pertukaran mediator dan peranan penghalang darah-otak dalam metabolisme (menurut: Shepherd, 1987) 

Laluan bahan melalui penghalang darah-otak bergantung bukan sahaja pada kebolehtelapan dinding vaskular kepada mereka (berat molekul, caj dan lipofilisitas bahan), tetapi juga pada kehadiran atau ketiadaan sistem pengangkutan aktif.

Pengangkut glukosa bebas insulin stereospesifik (GLUT-1), yang memastikan pemindahan bahan ini merentasi penghalang darah-otak, banyak terdapat dalam sel endothelial kapilari otak. Aktiviti pengangkut ini dapat memastikan penghantaran glukosa dalam jumlah 2-3 kali lebih besar daripada yang diperlukan oleh otak dalam keadaan normal.

Ciri-ciri sistem pengangkutan penghalang darah-otak (menurut: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Sambungan yang boleh diangkut	Substrat keutamaan	Km, mm	Vmax nmol/min*g
Heksosa	Glukosa	9	1600
Asid monokarboksilik	Laktat	1.9	120
Asid amino neutral	Fenilalanin	0.12	30
Asid amino penting	Lisin	0.10	6
Amin	Kolin	0.22	6
Purin	Adenine	0.027	1
Nukleosida	Adenosin	0,018	0.7

Kanak-kanak yang mengalami gangguan fungsi pengangkut ini mengalami penurunan ketara dalam tahap glukosa dalam cecair serebrospinal dan gangguan dalam perkembangan dan fungsi otak.

Asid monokarboksilik (L-laktat, asetat, piruvat) dan jasad keton diangkut oleh sistem stereospesifik yang berasingan. Walaupun keamatan pengangkutan mereka lebih rendah daripada glukosa, ia adalah substrat metabolik penting dalam neonat dan semasa kelaparan.

Pengangkutan kolin ke dalam sistem saraf pusat juga dimediasi oleh pengangkut dan boleh dikawal oleh kadar sintesis asetilkolin dalam sistem saraf.

Vitamin tidak disintesis oleh otak dan dibekalkan daripada darah menggunakan sistem pengangkutan khas. Walaupun sistem ini mempunyai aktiviti pengangkutan yang agak rendah, dalam keadaan biasa mereka boleh memastikan pengangkutan jumlah vitamin yang diperlukan untuk otak, tetapi kekurangan mereka dalam makanan boleh menyebabkan gangguan neurologi. Sesetengah protein plasma juga boleh menembusi penghalang darah-otak. Salah satu cara penembusannya ialah transcytosis pengantara reseptor. Ini adalah bagaimana insulin, transferin, vasopressin dan faktor pertumbuhan seperti insulin menembusi halangan. Sel endothelial kapilari otak mempunyai reseptor khusus untuk protein ini dan mampu mengendosit kompleks reseptor protein. Adalah penting bahawa akibat daripada peristiwa berikutnya, kompleks itu hancur, protein utuh boleh dilepaskan pada bahagian bertentangan sel, dan reseptor boleh disepadukan semula ke dalam membran. Untuk protein polikasi dan lektin, transcytosis juga merupakan cara untuk menembusi BBB, tetapi ia tidak dikaitkan dengan kerja reseptor tertentu.

Banyak neurotransmitter yang terdapat dalam darah tidak dapat menembusi BBB. Oleh itu, dopamin tidak mempunyai keupayaan ini, manakala L-DOPA menembusi BBB menggunakan sistem pengangkutan asid amino neutral. Di samping itu, sel kapilari mengandungi enzim yang memetabolismekan neurotransmitter (cholinesterase, GABA transaminase, aminopeptidases, dll.), Ubat-ubatan dan bahan toksik, yang memastikan perlindungan otak bukan sahaja daripada neurotransmitter yang beredar dalam darah, tetapi juga dari toksin.

Kerja BBB juga melibatkan protein pembawa yang mengangkut bahan dari sel endothelial kapilari otak ke dalam darah, menghalang penembusannya ke dalam otak, contohnya, b-glikoprotein.

Semasa ontogenesis, kadar pengangkutan pelbagai bahan melalui BBB berubah dengan ketara. Oleh itu, kadar pengangkutan b-hydroxybutyrate, triptofan, adenine, kolin, dan glukosa dalam bayi baru lahir adalah jauh lebih tinggi daripada orang dewasa. Ini mencerminkan keperluan yang agak tinggi bagi otak yang sedang berkembang untuk tenaga dan substrat makromolekul.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]