Строение и функции гематоэнцефалического барьера

В связи с тем, что клетки эндотелиоцитов практически не содержат пиноцитозных пузырьков, в норме жидкостный пиноцитоз в гематоэнцефалическом барьере не наблюдается, но пиноцитозный перенос может усиливаться при некоторых патологических состояниях головного мозга [6, 8]. При помощи рецепторно-опосредованного эндоцитоза гематоэнцефалический барьер преодолевают различные гормоны (инсулин, лептин), факторы роста, ферменты, белок трансферрин, вместе с которымтранспортируются ионы железа. В процессе данного вида транспорта рецепторы на поверхности цитоплазматической мембраны образуют комплексы с транспортируемыми соединениями-лигандами, после чего образовавшийся комплекс отсоединяется от мембраны, окружается клатриновой каймой и в виде пузырька переносится в цитоплазму, затем клатриновая кайма отделяется с использованием энергии АТФ, а в эндосоме формируется перегородка, разделяющая комплекс рецептор: лиганд. Далее рецептор возвращается на свое место в цитоплазматической мембране, а молекула-лиганд транспортируется в эндосоме к требуемому месту. К ферментам активного транспорта относятся: щелочная фосфатаза, выполняющая перенос фосфора через эндотелиоциты и обеспечивающая фосфорно-кальциевый гомеостаз; группа аденозинтрифосфатаз, переносящих ионы кальция, магния, натрия, калия и протоны. Адсобтивно-опосредованный транспорт связан с наличием отрицательного заряда на поверхности цитоплазматической мембраны, благодаря которому к ней притягиваются положительно заряженные молекулы, поэтому данный вид транспорта называют также катионным. Далее притянутая молекула окружается везикулой из участка цитоплазматической мембраны и транспортируется к другой стороне клетки.

Катионный транспорт менее специфичен по сравнению с рецепторно-опосредованным и протекает с большей скоростью. Многие исследователи рассматривают катионный транспорт как один из перспективных способов доставки лекарственных препаратов к клеткам головного мозга [6]. Эффлюксный транспорт или опосредованное переносчиком выделение реализуемое гематоэнцефалическим барьером происходит в направлении мозг — кровь. Это энергозависимый процесс осуществляемые суперсемейством АТФ-зависимых белков транспортеров. В состав данных белков входят четыре домена: два пронизывают цитоплазматическую мембрану и выполняют функции откачивающего насоса, а два домена локализованы в цитоплазме и их задача гидролиз АТФ и получение энергии, необходимой для работы помпы. Эффлюксный транспорт обеспечивает быстрый эффективный выброс из клеток эндотелиоцитов липофильных соединений, ксенобиотиков и лекарственных препаратов. В связи с тем, что действие эффлюксного транспорта приводит к низкой эффективности фармакотерапии заболеваний головного мозга, в настоящее время ведутся исследования по минимизации их влияния на доставляемые в мозг лекарственные препараты [6].

2.4 Иммунная функция.

Гематоэнцефалический барьер обеспечивает недоступность центральной нервной системы для клеточных и гуморальных факторов иммунитета, циркулирующих в крови. В связи с чем потребность в иммунной защите головного мозга реализуется непосредственно компонентами нейроваскулярных единиц. К таким формам защиты относятся перициты, проявляющие фагоцитарную активность и обеспечивающие неспецифическую иммунную защиту центральной нервной системы, кроме того и клетки астроглии и нейроны сами способны синтезировать прои противовоспалительные цитокины и их рецепторы, выполняя таким образом функции иммунной системы в головном мозге. Правда образуемые цитокины не всегда выполняют в мозге иммунные функции, они также участвуют в процессах запоминания и обучения, регулируют нейрогенез и обеспечивают постоянство среды головного мозга. В субгранулярной зоне зубчатой извилины гиппокампа, где происходит пролиферация и дифференцировка нейронов постоянно присутствуют активные макрофаги для уничтожения нежелательных новообразований [9]. Образование цитокинов в организме регулируется уровнем гормона дегидроэпиандростерона, этот гормон синтезируется в мозге и надпочечниках в пренатальный период развития, однако после рождения надпочечники временно прекращают его образование до наступления периода полового созревания (дегидроэпиандростерон является предшественником тестостерона и эстрогена), в то время как в головном мозге синтез дегидроэпианростерона не прекращается в течение всей жизни и лишь снижается к старости. В мозге дегидроэпиандростерон регулирует синтез интерлейкина (IL) 2, IL 1β, интерферона (IFNγ), фактора некроза опухолиальфа (TNFα) [10]. 2.5 Регуляторная функция.

Регуляторная функция гематоэнцефалического барьера обусловлена его способностью самостоятельно изменять интенсивность мозгового кровообращения на уровне капилляров. Эндотелий гематоэнцефалического барьера участвует в переносе различных по природе веществ, а также может высвобождать молекулы переносчики, оказывающие регуляторное влияние на различные структурныекомпоненты нейроваскулярной единицы. Через гематоэнцефалический барьер диффундируют такие газотрансмиттеры, как NO, COи H2S, которые могут вызывать расслабление и вазодилатацию гладких миоцитов. Гематоэнцефалический барьер является проницаемым для таких важных гормонов как инсулин и лептин, которые играют важную роль в метаболизме глюкозы и жирных кислот, а также в контролировании чувства голода и насыщения.

Ранее считалось, что все регулирование капиллярного кровообращения осуществляется при помощи соответствующих механизмов внутримозговых артерий, однако согласно современным представлениям многие регуляторные процессы в капиллярах опосредованны его внутренними механизмами. Церебральный эндотелий это чрезвычайно чувствительный инструмент, позволяющий оперативно реагировать на потребности окружающих тканей в различных веществах и соответственно изменять кинетику их транспорта. Эндотелиоциты гематоэнцефалического барьера способны оказывать различные воздействия на механизмы транспорта веществ, которые могут появляться в повышении или понижении экспрессии генов белков-транспортеров, изменении плотности каналов в мембране, регулировании состояния канала (открыто — закрыто), изменении проницаемости самого канала [11]. Регулирование проницаемости гематоэнцефалического барьера может осуществляться и на уровне базальной мембраны. Базальная мембрана окружает капиллярный эндотелий со всех сторон и связывает его с внутренними структурами барьера.

Клетки эндотелия связаны с базальной мембраной при помощи белков интегринов, способных проводить сигнал из внеклеточного пространства внутрь. Таким образом, внешнее механическое влияние на интегриновые домены может передаваться в клетку и активировать комплексы реакций с участием цитоскелета. Роль взаимодействий базальной мембраны с эндотелиоцитами в регулировании функций гематоэнцефалического барьера, подтверждается тем фактом, что при нарушении описанных выше интегриновых взаимодействий происходит увеличение проницаемости мозговых капилляров и развивается отек. Перициты также способны участвовать в регуляции просвета церебральных капилляров. Предполагается, что механизм данной регуляции аналогичен действию миоцитов артерий. В перицитах обнаружено большое количество миофиламентов, сократительный механизм которых может запускаться при помощи сигнальных молекул (например газотрансмиттеров), проходящих через мембраны эндотелиоцитов. Отростки астроцитов составляют 80−85%окружения церебральных капилляров и осуществляют интенсивный обмен соединениями с клетками эндотелия, а также формируют молекулярное окружение церебральных капилляров, регулируя таким образом их проницаемость. Ключевыми молекулами, переносящими сигнал ото астроглии к капиллярам здесь также являются газотрансмиттеры (NO, CO, H2S).

При этом NO, с его временем полужизни 5 с, стимулирует кратковременное возбуждение, а COи H2S обеспечивают длительное возбуждение с широкой зоной действия. Астроциты могут регулируют транспорт воды через гематоэнцефалический барьер, определяют прочность «плотных контактов» между эндотелиоцитами [11]. 2.6Нейросекреторная функция.

Клетки гематоэнцефалического барьера могут секретировать некоторые гормоны в кровь (рисунок 5). Рисунок 5 — Выделение гормонов и других биологически-активных соединений из мозга в кровь через гематоэнцефалический барьер

Данное явление может быть связано с регулированием концентрации какого-либо гормона в мозге, либо вызвано потребностями организма в данном гормоне. К секретируемым гематоэнцефалическим барьером гормонам относятся: гамма-аминомасляная кислота, серотонин, норадреналин, дофамин [12].

Заключение

.

Гематоэнцефалический барьер является сложной функциональной саморегулирующейся системой, от деятельности которой зависит функционирование самого важного органа — мозга. И хотя ее название несколько вводит в заблуждение термином «барьер» функции данной системы гораздо более широки, чем просто отфильтровывание ксенобиотиков и токсикантов. Следует сказать, что несмотря на почти столетнее изучение строения и функций гематоэнцефалического барьера эта область знаний все еще хранит много тайн и «белых пятен». Слабо изучены функции различных клеток барьера, влияние их друг на друга, существуют неясности в механизмах транспорта многих соединений, необходимо продолжать дальнейшее изучение патологий гематоэнцефалического барьера, вести поиск безопасных способов регулирования его проницаемости и доставки лекарственных препаратов через него к мозгу. Список использованной литературы.

Физиологиячеловека: Учебник / Вдвухтомах. Т. 1/ В. М. Покровский, Г. Ф.

Коротько, В. И. Кобрин и др.; Под ред. В. М.

Покровского, Г. Ф. Коротько. -.

М.: Медицина, 1997. — 448 с. Чехонин, В. П. Фундаментальные и прикладные аспекты изучения гематоэнцефалического барьера / В. П. Чехинин [и др.] // Вестник РАМН — 2012. — №.

8. — С. 66−78.Моргун, А. В. Основные функции гематоэнцефалического барьера/ А. В.

Моргун // Сибирский медицинский журнал. — 2012. — № 2. -.

С. 5−8.Ликвор как гуморальная среда организма — Симферополь, ИТ «Ариал», 2010. — 192 с. Блинов, Д. В. Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний цнс. Часть 1: Строение и формирование гематоэнцефалического барьера/ Д.

В. Блинов // Эпилепсия и пароксизмальные состояния. — 2013. — Т.

5, № 3. — С. 65−75.Блинов, Д. В. Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний цнс. Часть 2: Функции и механизмы повреждения гематоэнцефалического барьера / Д.

В. Блинов // Эпилепсия и пароксизмальные состояния. — 2014. -.

Т. 6, № 1. — С. 70−84.Салмина, А. Б. Эндотелиальные прогениторные клетки в развитии и восстановлении церебрального Эндотелия (обзор) / А.

Б. Салмина [и др.] // Современные технологии в медицине. — 2014. — Т. 6, № 4. — С.

213−222.Черток, В. М. Регуляторный потенциал капилляров мозга / В. М. Черток, А. Г.

Черток // Тихоокеанский медицинский журнал. — 2016. — №.

2. — С. 72−80.Пухальский, А. Л. Иммунологические нарушения и когнитивный дефицит при стрессе и физиологическом старении. Часть I: патогенез и факторы риска / А. Л.

Пухальский, Г. В. Шмарина, В. А. Алёшкин // Вестник РАМН — 2014. — № 5−6. — С. 14−22.Пухальский, А.

Л. Иммунологические нарушения и когнитивный дефицит при стрессе и физиологическом старении. Часть II: новые подходы к профилактике и лечению когнитивных расстройств/ А. Л. Пухальский, Г. В.

Шмарина, В. А. Алёшкин // Вестник РАМН — 2014. — № 7−8. — С. 30−37.Горбачев, В. И. О некоторых механизмах гомеостаза центральной нервной системы / В.

И. Горбачев [и др.] // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН — 2006. — № 5. -.

С. 52−55.Ohtsuki, S. N ew aspects of the blood-brain barrier transporters; its physiological roles in the central nervous system/ S. O htsuki // Biol. P.

harm. B ull. — V ol. 27, № 10. — P. 1489−1496.