Гэб

В ходе эволюции нервной ткани от беспозвоночных к позвоночным с одной стороны отмечено её увеличение и приобретение центральных функций в жизнедеятельности организмов. С другой стороны большая масса мозга требует лучшего обеспечения питательными веществами и выведения ненужных и отработанных продуктов распада. Это привело к развитию густой капиллярной сети в ткани мозга. Следующим этапом эволюции стало появление защитного барьера от циркулирующих в крови токсичных для нейронов веществ — ксенобиотиков и токсинов [5] [91] .

Области мозга без ГЭБ

Данное свойство характерно только для церебральных перицитов. В капиллярной сети мозга они выполняют функцию макрофагов. Соответственно в цитоплазме церебральных перицитов располагается большое количество лизосом. В культуре тканей доказана способность перицитов к фагоцитозу [34] [46] [47] и презентации антигенов [48] [49] .

Гематоэнцефалический барьер препятствует проникновению в центральную нервную систему переносимых кровью токсических веществ, нейромедиаторов, гормонов, антибиотиков (что затрудняет лечение инфекционных поражений мозга и его оболочек), поддерживает электролитный баланс мозга, обеспечивает избирательный транспорт ряда веществ (глюкозы, аминокислот) из крови в мозг.

Астроциты — большие нейроглиальные клетки звёздчатой формы. Своими отростками лни выстилают стенки мозговых капилляров со стороны мозговой ткани. В то же время, несмотря на то, что пластинчатыми окончаниями их клеточных отростков выстлано около 99% капиллярных сосудов, астроциты не выполняют прямой барьерной функции [6] [53] . Астроциты тесно взаимодействуют с эндотелиальными клетками. Между ними осуществляется постоянный обмен веществ [54] . Астроглиальные клетки индуцируют возникновение и формирование ГЭБ. При проведении экспериментов по пересадке сосудов мозга в периферические органы и наоборот — периферических сосудов в ткань головного мозга, отмечено формирование ГЭБ в периферических сосудах пересаженных в мозг (образование плотных контактов, перестройка эндотелиальных клеток) и разобщение эндотелиальных клеток и появление фенестраций между ними при пересадке мозговые сосуды [1] [55] . Также in vitro показано влияние астроцитов на фенотип эндотелия. В клеточной культуре содержащей астроциты и эндотелиоциты отмечено более плотное расположение эндотелия по сравнению с его чистой клеточной культурой [56] .

Полнотекстовый поиск осуществляется по названиям статей, авторам, аннотациям, ключевым словам, а также по распознанным текстам (OCR). Возвращаются только первые несколько сотен релевантных документов, поэтому если вы не нашли то что хотели на 4-5 странице, попробуйте уточнить свой поиск с помощью языка запросов.

Но гематоэнцефалический барьер не просто окружает мозг защитным слоем. Эта сеть является буквально частью мозга. Ведь каждая клетка мозга находится на расстоянии не дальше, чем на ~25 мкм от капилляра. Фактически, наш гематоэнцефалический барьер — это больше, чем просто брандмауэр, защищающий мозг.

ГЭБ имеется в капиллярах большинства, но не всех областей мозга. В 6 анатомических образованиях мозга ГЭБ отсутствует:

В то же время количество митохондрий в эндотелиальных клетках сосудов мозга в 5-10 раз выше, чем в эндотелии периферических сосудов. Митохондрии являются органеллами синтезирующими молекулы АТФ, являющихся основным источником энергии для клетки. Большое количество митохондрий соответственно является показателем значительных энергетических потребностей эндотелиальных клеток ГЭБ, что связано с процессами активного транспорта и обмена веществ [4] .

Масса головного мозга человека составляет приблизительно 2 % от массы его тела. При этом потребность в кислороде центральной нервной системы составляет 20 % от потребностей всего организма. Также в противоположность другим органам мозг обладает наименьшими запасами питательных веществ. Нервные клетки не могут обеспечить свои энергетические потребности анаэробно (путём одного лишь гликолиза). Прекращение поступления крови к мозгу в течение нескольких секунд приводит к потере сознания, а через 10 минут отмечается полная гибель нейронов [1] . Данная особенность головного мозга требует от ГЭБ активно транспортировать кислород и питательные вещества [2] .

Характеристика ГЭБ

Благодаря тесным контактам клетки опосредованно влияют на митотическую активность, экспрессию генов и соответственно фенотип друг друга [39] .

Гематоэнцефалический барьер непроницаем для множества соединений, как чужеродных, так и вырабатываемых самим организмом.

Макрофагальные свойства перицитов образуют «вторую линию защиты мозга» от нейротоксических молекул, которые преодолели барьер эндотелиальных клеток [50] . Таким образом они являются важной составной частью иммуной системы мозга. Сбой макрофагальной активности перицитов может стать одним из факторов развития целого ряда аутоиммунных заболеваний. Имеются данные об опосредованной роли перицитов в развитии болезни Альцгеймера [51] [52] .

Что ж, теперь мы знаем, что такое гематоэнцефалический барьер и почему он так важен для общего когнитивного здоровья. В статье рассмотрены причины снижения плотности гематоэнцефалического барьера и собрана информация для размышления по рабочим инструментам.

Эндотелий выстилает внутреннюю часть всех кровеносных сосудов. Но в мозге эндотелиальные клетки, выстилающие внутреннюю поверхность капилляров, дополнительно «армированы» специальными соединениями. Плотность обеспечена сетью клаудинов и цитоплазматических белков, таких как zonula occludens (ZO) и цингулин.

Заболевания, при которых происходит прямое или опосредованное поражение астроцитов (например, болезнь Альцгеймера, астроцитомы), сопровождаются нарушением функционирования ГЭБ.

Капиллярные сосуды выстланы эндотелиальными клетками. Эндотелий периферических сосудов содержит открытые промежутки (фенестрации) диаметром около 50 нм. и межклеточные щели от 0,1 до 1 мкм. Через эти пространства происходит свободная циркуляция воды и растворённых в ней веществ между кровью и межклеточным пространством. В церебральных сосудах между эндотелиальными клетками отсутствуют как фенестрации, так и межклеточные щели [7] . Таким образом можно говорить о сплошной эндотелиальной выстилке просвета капилляров мозга [8] .

Гематоэнцефалический барьер защищает мозг от циркулирующих в крови микроорганизмов, токсинов и различных других веществ. Он выполняет функцию высокоселективного фильтра, через который в мозг поступают питательные вещества, а из мозга выводятся продукты его жизнедеятельности.

Астроциты

Также перициты синтезируют целый ряд вазоактивных веществ [38] и играют важную роль в ангиогенезе [39] [40] .

Липофильность и небольшая молекулярная масса не являются гарантией проницаемости ГЭБ для данного вещества. Высокомолекулярные соединения (например, моноклональные антитела, рекомбинантные белки и другие) удерживаются ГЭБ [112] .

Перициты содержат большое количество способного к сокращению белка актина. Благодаря этой своей структурной особенности они в состоянии изменять просвет капилляров и таким образом регулировать местное кровяное давление [44] [45] .

Дефицит тиамина может быть вызван алкоголизмом, болезнью Альцгеймера, анемией, жесткими диетами, раком, закупоркой артерий, болезнью Крона, диабетом, диареей, операцией по шунтированию желудка, употреблением большого количества кофе и чая и болезнью почек.

ГЭБ также способствует нормальной передаче сигналов от гормонов и нейромедиаторов. И сохраняет контроль над взаимодействием между мозгом и телом. Это обеспечивает оптимальную работу мозга, защищая ткани от токсинов, патогенов и других неприятных веществ, циркулирующих в кровотоке.

Данная гистологическая особенность имеет своё обоснование. Так например, нейрогипофиз выделяет в кровь гормоны, которые не могут пройти через ГЭБ, а нейроны лат. area postrema улавливают в крови наличие токсических веществ и стимулируют рвотный центр [63] . Защитным барьером соседней с данными образованиями мозговой ткани является скопление таницитов. Они представляют собой клетки эпендимы с плотными контактами [64] .

Сравнительная схема строения периферического и церебрального капилляров
нем. Periphere Kapillare — периферический капилляр
нем. Zerebrale Kapillare — церебральный капилляр
нем. Zellkern — клеточное ядро
нем. Lumen des Kapillargefäßes — просвет капиллярного сосуда
англ. Tight Junction — плотный контакт
нем. Intrazellularspalt — межклеточная щель
нем. Endothelzelle — эндотелиальная клетка
нем. Fenestrierung — фенестрация

Автор материала: Филипп Дончев. Редактор сообщества RISE

Макрофагальная активность

Около 20 % поверхности эндотелиальных клеток церебральных капилляров покрыты относительно маленькими, овальными перицитами. Каждая 2—4-я эндотелиальная клетка имеет контакт с клеткой-перицитом [6] . В основном перициты располагаются в местах контакта эндотелиальных клеток [35] [36] . Перициты имеются практически во всех артериолах, венулах и капиллярах организма. Уровень покрытия ими эндотелиального слоя капилляра коррелирует с проницаемостью сосудистой стенки. В органах и тканях с проницаемой сосудистой стенкой они могут мигрировать из кровеносного русла в межклеточное пространство. Так например в капиллярах скелетной мускулатуры соотношение перициты:эндотелиоциты составляет 1:100 [37] [38] .

Прогноз и исследования относительно проницаемости ГЭБ для того или иного вещества возможно проводить как in vitro [15] [108] [109] [101] [110] так и in silico [111] .

Перициты крепко связаны с эндотелиоцитами. Эта связь осуществляется благодаря трём типам контактов: щелевым соединениям, фокальным адгезиям и инвагинациям мембраны одной клетки в полость другой [34] . Щелевые соединения непосредственно связывают цитоплазму двух клеток, являясь проницаемыми для ионов и небольших молекул [41] . С помощью фокальных адгезий осуществляется прочная механическая связь двух типов клеток [42] . нвагинации участков цитоплазмы одной клетки в другую обеспечивают как механическое связывание так и межклеточный обмен веществ [34] [43] .

Но дефицит витамина D достаточно серьезная проблема, затрагивающая почти 50% населения нашей планеты. Исследования показывают, что витамин D помогает поддерживать целостность гематоэнцефалического барьера , блокируя повышенное производство активных форм кислорода (АФК) и активацию ядерного фактора каппа-В (NF-kB) . А также увеличивает уровни белков плотного соединения окклюдина, клаудина-5 и ZO-1. Другое исследование на крысах показало, что прием витамина D снижает проницаемость гематоэнцефалического барьера.

Цель гематоэнцефалического барьера в том, чтобы жестко регулировать поступление в мозг ионов, нейромедиаторов и других молекул из нашего общего кровотока. Благодаря ГЭБу в наш мозг попадает кислород и питательные вещества, а продукты жизнедеятельности и углекислый газ вовремя утилизируются.

Сеть из более чем 100 миллиардов капилляров суммарной протяжённостью около 600 км пронизывает мозг взрослого человека [21] . В среднем просвет капилляра составляет около 40 нм [65] . Мозг кровоснабжается значительно сильнее многих других тканей и органов организма. Наибольшая плотность сосудов характерна для коры головного мозга — от 300 до 800 капилляров на 1 мм 2 ткани [1] .

Чтобы обеспечить задачи обеспечения, выведения продуктов жизнедеятельности и поддержания гомеостаза вещества мозга, система сосудов центральной нервной системы имеет целый ряд структурно-функциональных отличий от сосудов других органов и тканей [1] .

Витамины B6, B9 и B12 – работают вместе, чтобы контролировать уровень гомоцистеина, который провоцирует разрушения в ГЭБе. Исследования показывают, что добавки с B6 , B9 и B12 снижают уровень гомоцистеина до нормального уровня и восстанавливают целостность гематоэнцефалического барьера.

Обзор

Привет, на связи сообщество RISE. На неделе у пользователей возник вопрос касательно основной системы безопасности мозга — гематоэнцефалического барьера. Обсуждение привело к короткому посту про ГЭБ и этому лонгриду о «прохудившемся гематоэнцефалическом барьере» . Разберем кратко, что такое ГЭБ, в чем угроза его целостности и как с этим бороться.

Эндотелиальные клетки плотно прилежат к другу. Между соседними клетками образуются так называемые плотные контакты. Они вносят значительный вклад в обеспечении главной функции ГЭБ — предотвращении проникновения в ткань мозга различных нежелательных веществ из кровеносного русла [24] [25] . Плотные контакты между эндотелиальными клетками блокируют межклеточный (парацеллюлярный) пассивный транспорт [26] [27] [28] . При этом блокируется парацеллюлярный транспорт веществ как из кровеносного русла в ткань мозга, так и в обратном направлении — из мозга в кровь [6] .

Самой простой формой транспорта через ГЭБ является свободная (или пассивная) диффузия. Она может осуществляться как через клеточные мембраны эндотелиоцитов так и через плотные межклеточные контакты. Для диффузии веществ движущей силой является разница концентраций. Диффузия веществ пропорциональна разнице концентраций в кровяном русле и ткани мозга. Для неё не требуется затрат клеточной энергии [99] .

Кроме гематоэнцефалического и гематоликворного барьеров в организме человека существуют гематоплацентарный, гематотестикулярный, гематоклубочковый, гематоретинальный, гематотимальный и гематолёгочный барьеры.

Куркумин способствует нейрогенезу. Также является мощным антиоксидантом и помогает снизить уровень воспаления. Исследователи обнаружили, что куркумин восстанавливал экспрессию белков окклюдина и ZO-1, что, в свою очередь, восстанавливало барьерную функцию гематоэнцефалического барьера.

Астроциты выделяют целый ряд веществ, которые влияют на проницаемость эндотелия [57] . Эндотелиоциты в свою очередь выделяют ингибирующий лейкемию фактор (LIF), цитокин интерлейкин-6, которые воздействуют на процесс дифференциации астроцитов [57] . Расстояние от пластинчатых окончаний отростков астроцитов до клеток эндотелия и перицитов составляет всего лишь 20 нм [8] [58] .

Компоненты сотовой связи

Нейронная защита способствует BBB имеет решающее значение для надлежащего здоровья и функционирования мозга. Дисрегуляция BBB может привести к тяжелым неврологическим заболеваниям, включая рассеянный склероз, инфекцию и ишемию из-за недостаточного кровоснабжения. И наоборот, активность BBB может быть вредной для лечения некоторых неврологических заболеваний, предотвращая или существенно уменьшая прохождение нервно-активных фармацевтических препаратов в центральную нервную систему. По этой причине, препараты с неврологическими целями должны быть разработаны таким образом, что облегчает прохождение через BBB.

Соотношение холестерина к фосфолипидам в эндотелиальных клетках ГЭБ такое же, как и в эндотелиальных клетках периферических сосудов и составляет ≈ 0,7 [20] . Пассивный транспорт через клеточные мембраны ГЭБ мало чем отличается от пассивной диффузии в других эндотелиальных клетках [21] . В мембранах эндотелиальных клеток содержится большое количество каналов, которые свободно пропускают моллекулы воды. Они делают возможным свободную диффузию моллекул воды как в направлении мозга, так и кровеносной системы [22] .

В капиллярах периферических органов и тканей, транспорт веществ осуществляется в основном через фенестрации сосудистой стенки и межклеточные промежутки. В норме между клетками эндотелия сосудов мозга такие промежутки отсутствуют. В связи с этим питательные вещества проникает в мозг лишь через клеточную стенку [97] . Вода, глицерин и мочевина являются примерами тех небольших поляризированных молекул, которые могут свободно диффундировать через плотные контакты между эндотелиальными клетками ГЭБ [98] .

Кроме гематоэнцефалического барьера существует также гематоликворный, который ограничивает центральную нервную систему от кровеносного русла. Он образован эпителиальными клетками с плотными контактами выстилающими сосудистое сплетение желудочков мозга [95] [96] . Гематоликворный барьер также имеет свою роль в поддержании гомеостаза мозга. Через него из крови в омывающую мозг спинномозговую жидкость поступают витамины, нуклеотиды и глюкоза. Общий вклад гематоликворного барьера в процессы обмена между мозгом и кровью невелик. Суммарная площадь гематоликворного барьера сосудистых сплетений желудочков мозга приблизительно в 5000 раз меньше в сравнении с площадью гематоэнцефалического.

Кофеин является антагонистом аденозина, который влияет на ацетилхолин, адреналин, серотонин и повышает использование дофамина. Исследования показывают, что кофеин блокирует увеличение IgG и фибриногена и снижает уровень белков плотных контактов окклюдина и ZO-1, увеличивает активацию астроцитов и плотность нарушенной микроглии. Соответственно, вот исследование.

Перициты, как и эндотелиоциты располагаются на базальной мембране [8] .

Химическая обмен

ДИСКЛЕЙМЕР. Статья — обзор отдельной системы организма. Доводы подкреплены ссылками на Pubmed, но не являются рекомендациями к употреблению чего-либо. Точные выводы о вашем состоянии здоровья может предоставить только соответствующий врач. Здесь речь идет об общих механизмах, и таких же общих инструментах.

Другим отличием эндотелия церебральных капилляров от периферических является низкое количество в них пиноцитозных пузырьков (везикул) [9] [10] .

Гематоэнцефалический барьер не только задерживает и не пропускает целый ряд веществ из крови в вещество мозга, но и выполняет противоположную функцию — транспортируют необходимые для метаболизма ткани мозга вещества. Гидрофобные вещества и пептиды проникают в мозг либо с помощью специальных транспортных систем, либо каналы клеточной мембраны. Для большинства других веществ возможна пассивная диффузия [11] [15] .

У всех видов позвоночных имеется ГЭБ, и у большинства из них он образован преимущественно клетками эндотелия сосудистой стенки скреплёнными между собой плотными контактами. Только у пластиножаберных (среди них акул и скатов), а также семейства осетровых рыб ГЭБ формируется периваскулярными астроцитами. Из этого следует, что в процессе эволюции происходит увеличение количества эндотелиальных клеток сосудов головного мозга, которые перенимают на себя барьерные функции.

Кофеин – до 200-400 мг в день.

Электронномикроскопическое изображение перицита (справа) и просвета сосуда с тремя эритроцитами (слева)

BBB защищает мозг

Способность вещества пересекать BBB и эффективность, с которой происходит этот обмен, зависит от химических и молекулярных свойств каждой молекулы или иона. Как правило, мелкие липидорастворимые компоненты, такие как кислород и углекислый газ, подвергаются быстрой, простой диффузии через эндотелиальный слой. В отличие от этого, более крупные или водорастворимые компоненты часто требуют более избирательного процесса, который может включать пассивный или активный транспорт через эндотелианую клетку. Обмен этими веществами, как правило, происходит медленнее или не может произойти вообще, в зависимости от относительного изобилия и эффективности молекул-специфических рецепторов и транспортных белков на поверхности эндотелиальных клеток, среди других факторов.

Изменения в функционировании ГЭБ могут вызывать нарушения функционирования центральной нервной системы. Целый ряд неврологических заболеваний напрямую или косвенно связан с его повреждением [2] .

Липофильные структурные элементы клеточной мембраны, а также плотные межклеточные контакты снижают количество веществ, которые могут свободно диффундировать через ГЭБ. Проницаемость ГЭБ напрямую зависит от липофильности каждого конкретного вещества [100] .

У многих беспозвоночных ГЭБ отсутствует. У них эндотелий капилляров нервной ткани не образует сплошной выстилки сосудистой стенки. У высших беспозвоночных — насекомых, ракообразных и головоногих [92] — защитный барьер между нейронами и кровью представлен исключительно глиальной тканью [93] . В этом случае речь идёт о глиальном гематоэнцефалическом барьере [94] .

Исследования показывают, что берберин также благотворно влияет на восстановление целостности гематоэнцефалического барьера. В первую очередь за счет уменьшения воспаления.

Большое количество трансмембранных белков, таких как окклюдин, разнообразные клаудины и замыкательные адгезионные молекулы связывают латеральные отделы клеточных стенок между собой, участвуют в формировании плотных контактов и делают возможным межклеточный транспорт и обмен веществ [29] . Основными белками обеспечивающими адгезию эндотелиальных клеток и формирование плотных контактов явдяются клаудин-5 и клаудин-24 [30] . Выключение (блокирование) CLDN5—гена, ответственного за синтез белка клаудина-5, приводил у подопытных мышей к тому, что их ГЭБ становился проницаемым для молекул с молярной массой до 800 г/моль. Такие подопытные генетически изменённые животные умирали через несколько часов после рождения [31] .

Функции

Структурные различия глиального и эндотелиального гематоэнцефалических барьеров достаточно велики. Эндотелиальный барьер имеет целый ряд преимуществ. Одним из них является строгое разграничение функций эндотелиальных клеток и клеток астроглии, которые обеспечивают гомеостаз внеклеточной среды вещества мозга [93] .

Наш мозг защищен черепной коробкой толщиной в 7 мм. Вместе с ней, целостность мозга оберегает ряд оболочек и плещущаяся жидкость, в которой мозг постоянно плавает. Это наша основная защита от физических травм.

Исследования также показывают, что ДГА может компенсировать повреждение гематоэнцефалического барьера после инсульта, после черепно-мозговой травмы и помочь восстановить ГЭБ у пациентов с рассеянным склерозом.

Суть в том, что здоровый гематоэнцефалический барьер — это наша последняя линия защиты, не позволяющая инфекциям и бактериям проникнуть в мозг. Одновременно обеспечивающая его ресурсами для работы. Соответственно, нарушение плотности ГЭБ вредит всему мозгу.

В предыдущих материалах я периодически упоминал ноотропные препараты. Фактически, они работают для мозга как бензин для двигателя. Но какой смысл заливать 95-тый, если в бензобаке дыра?

В крови плода в большом количестве содержатся молекулы таких веществ как альбумин, α1-фетопротеин и трансферрин, отсутствуя при этом в межклеточном пространстве ткани мозга [80] . В эмбриональном эндотелии обнаружен транспортёр Р-гликопротеин [81] . Это свидетельствует о наличии ГЭБ в пренатальном периоде. В ходе развития организма происходит дальнейшее совершенствование ГЭБ [80] .

Ресвератрол — это полифенольный антиоксидант природного происхождения, используется для защиты мозга от окислительного стресса. Увеличивает мозговой кровоток, повышает уровень BDNF, защищает митохондрии и предотвращает выброс глутамата во время инсульта.

Следующий уровень защиты мозга — гематоэнцефалический барьер. Он протянут через всю сеть кровеносных сосудов мозга, отделяя их от клеток и тканей, из которых состоит мозг.

Источники:

https://www.jove.com/science-education/10841/the-blood-brain-barrier-and-astrocytes?language=Russian&rut=2af8b14dbeca82223e5f7a9d440b0f92c6c99161319e0e9c0e2804bbc84c3b6d
https://www.youtube.com/watch?v=SkCN9MNHM3U&rut=6b7658df1522b344d90f6d2490130c9367b2884e85ff290fa42bc412b11d14d9
https://apteka.ru/blog/articles/lekarstva_i_dobavki/gematoentsefalicheskiy-barer5f322c3507642248c30f0726/&rut=f412388088f3e02a6341cc108117213af56838892a84697de2e31cfd9e582a80
https://www.youtube.com/watch?v=QVG6FpZHRio&rut=6b597a6b4d56b0bc5d092c92026d73a793354bc967df686dd3e1ef3dea9d801d
https://habr.com/ru/articles/687444/&rut=254b9d4e2216c90a6860d1a62cf8d03ceb1ec1a9db900eedac8d43570e6e6380
https://cyberleninka.ru/article/n/gematoentsefalicheskiy-barier-osnovnye-struktury-i-funktsii&rut=15e23cb89acc945e2cf8b0bf2fc62921845ed0f7ecf9f742de6042da56861765
http://neurodoc.ru/anatomy/gematoencefalicheskij-barer.html&rut=4f645ee748ef425d988e808ce069e84ac3cf6586f67f7e4df8845366706feb91
https://rdentclinic.com/articles/geb-ili-gematoentsefalicheskij-barer-ego-stroenie-i-znachenie&rut=aea7e1faa385e7123b0f9d394fae028127fe3e458228bad51b4443561c539c17
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/95199&rut=4527c37323a567222d17afb49cc9fbe840e94f6aba3174bf1cf8f602fe334431