Ни для кого не является секретом, что организм должен поддерживать постоянство своей внутренней среды, или гомеостаз, затрачивая для этого энергию, иначе он не будет отличаться от неживой природы. Так, кожа защищает наш организм от внешнего мира на органном уровне.
Но оказывается, значение имеют и другие барьеры, которые образуются между кровью и некоторыми тканями. Они называются гистогематическими. Эти барьеры необходимы по различным причинам. Иногда нужно механически ограничить проникновение крови к тканям. Примерами таких барьеров служат:
- гематоартикулярный барьер – между кровью и суставными поверхностями;
- гематоофтальмический барьер – между кровью и светопроводящими средами глазного яблока.
Все знают, на своем опыте, что, разделывая мясо видно, что поверхность суставов всегда лишена контакта с кровью. В том случае, если кровь изливается в полость сустава (гемартроз), то она способствует его зарастанию, или анкилозу. Понятно, почему нужен гематоофтальмический барьер: внутри глаза есть прозрачные среды, например, стекловидное тело. Его задача – как можно меньше поглощать проходящий свет. В том случае, если не будет этого барьера, то кровь будет проникать в стекловидное тело, и мы будем лишены возможности видеть.
Что такое ГЭБ?
Один из самых интересных и загадочных гистогематических барьеров – это гематоэнцефалический барьер, или преграда между капиллярной кровью и нейронами центральной нервной системы. Говоря современным, информационным языком, между капиллярами и веществом головного мозга существует полностью «защищенное соединение».
Смысл гематоэнцефалического барьера (аббревиатура – ГЭБ), состоит в том, что нейроны не вступают в непосредственный контакт с капиллярной сетью, а взаимодействуют с питающими капиллярами через «посредников». Этими посредниками являются астроциты, или клетки нейроглии.
Нейроглия – это вспомогательная ткань центральной нервной системы, которая выполняет множество функций, например опорную, поддерживая нейроны, и трофическую, питая их. В данном случае, астроциты непосредственно забирают из капилляра все, что нужно нейронам, и передают им. Одновременно они контролируют, чтобы в головной мозг не попали вредные и чужеродные вещества.
Таким образом, через гематоэнцефалический барьер не проходят не только различные токсины, но и многие лекарства, и это составляет предмет исследования современной медицины, поскольку с каждым днем количество препаратов, которые регистрируются для лечения заболеваний головного мозга, а также антибактериальных и противовирусных препаратов, все увеличивается.
Немного истории
Известный врач и микробиолог, Пауль Эрлих, стал мировой знаменитостью, благодаря изобретению сальварсана, или препарата № 606, который стал первым, пусть токсичным, но эффективным препаратом для лечения застарелого сифилиса. Это лекарство содержало мышьяк.
Читайте также:
Но Эрлих также очень много экспериментировал с красителями. Он был уверен, что точно так же, как краситель плотно пристает к ткани (индиго, пурпур, кармин), он пристанет и к болезнетворному микроорганизму, стоит только найти такое вещество. Конечно, он должен не только прочно фиксироваться на микробной клетке, но и быть смертельным для микробов. Несомненно, «подлил масла в огонь» тот факт, что он женился на дочери известного и зажиточного фабриканта – текстильщика.
И Эрлих начал экспериментировать с различными и очень ядовитыми красками: анилиновыми и трипановыми.
Вскрывая лабораторных животных, он убеждался, что краситель проникает во все органы и ткани, но не имеет возможности диффундировать (проникать) в головной мозг, который оставался бледным.
Вначале его выводы были неверными: он предположил, что просто краситель не окрашивает мозг по причине того, что в нем много жира, и он отталкивает краску.
А затем открытия, предшествующие открытию гематоэнцефалического барьера, посыпались, как из рога изобилия, и сама идея стала постепенно оформляться в умах ученых. Наибольшее значение играли следующие эксперименты:
- если ввести краситель внутривенно, то максимум, что он способен окрасить – это хориоидальные сосудистые сплетения желудочков головного мозга. Дальше ему «путь закрыт»;
- если принудительно ввести краситель в ликвор, выполнив люмбальную пункцию, то мозг окрашивался. Однако, «наружу» из ликвора краситель не попадал, и остальные ткани оставались бесцветными.
После этого совершенно логично было предположено, что ликвор – это жидкость, которая находится «по ту сторону» преграды, главная задача которой – защитить центральную нервную систему.
Впервые термин ГЭБ появился в 1900 году, сто шестнадцать лет назад. В англоязычной медицинской литературе он именуется «blood-brain barrier», а в русском языке название привилось в виде «гематоэнцефалического барьера».
В дальнейшем этот феномен изучался достаточно подробно. Перед второй мировой войной появились данные о том, что есть гематоэнцефалический и гематоликворный барьер, а также есть гематоневральный вариант, который находится не в ЦНС, а расположен в периферических нервах.
Читайте также:
Мнение врача:
ГЭБ, или гематоэнцефалический барьер, представляет собой сложную систему, ответственную за защиту головного мозга от внешних воздействий. Он состоит из сосудистой структуры, клеток эпителия и астроцитов, обеспечивая фильтрацию и регуляцию веществ, поступающих в мозг. Врачи придают большое значение ГЭБ, так как его нарушение может привести к серьезным последствиям, включая проникновение инфекций, токсинов и других вредных веществ в мозговую ткань. Поддержание целостности и функциональности гематоэнцефалического барьера является ключевым аспектом здоровья мозга и нервной системы в целом.
Опыт других людей
ГЭБ, или гематоэнцефалический барьер, – это сложная система, отвечающая за защиту мозга от вредных воздействий. Его строение представляет собой сеть капилляров, образующих барьер между кровеносной системой и мозгом. Этот барьер играет ключевую роль в поддержании стабильной внутренней среды мозга, контролируя, какие вещества могут проникать в него, а какие нет.
Многие исследователи и врачи высказывают важность ГЭБ для здоровья человека. Нарушения в работе этого барьера могут привести к различным заболеваниям и патологиям центральной нервной системы. Поэтому понимание строения и функций гематоэнцефалического барьера имеет огромное значение для развития методов лечения и профилактики нейрологических заболеваний.
Все это подчеркивает важность изучения и поддержания здоровья ГЭБ, чтобы обеспечить оптимальное функционирование мозга и предотвратить возможные осложнения.
Интересные факты
-
ГЭБ состоит из трех основных слоев:
- Эндотелиальные клетки, образующие внутреннюю границу стенки капилляра
- Базальная мембрана, расположенная между эндотелием и атроцитами (звездчатыми глиальными клетками)
- Ножки атроцитов, окутывающие базальную мембрану
-
ГЭБ препятствует проникновению в мозг более 98% веществ:
- Это жизненно важно для защиты нежной мозговой ткани от потенциально вредных веществ, присутствующих в крови (например, бактерий, вирусов и токсинов)
-
Нарушение ГЭБ может привести к серьезным неврологическим заболеваниям:
- Например, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера и инсульт. Лечение этих заболеваний часто направлено на восстановление нормальной функции ГЭБ
Строение и функции барьера
Именно от бесперебойной работы гематоэнцефалического барьера зависит наша жизнь. Ведь наш головной мозг потребляет пятую часть всего количества кислорода и глюкозы, и при этом его вес составляет не 20% всей массы тела, а около 2%, то есть потребление мозгом питательных веществ и кислорода в 10 раз выше среднего арифметического значения.
В отличие, например, от клеток печени, мозг работает только «на кислороде», и аэробный гликолиз – это единственный возможный вариант существования всех без исключения нейронов. В том случае, если в течение 10-12 секунд питание нейронов прекращается, то человек теряет сознание, а после остановки кровообращения, находясь в состоянии клинической смерти, шансы на полное восстановление функции мозга существуют только на протяжении 5 -6 минут.
Это время увеличивается при сильном охлаждении организма, но при нормальной температуре тела окончательная гибель мозга происходит через 8-10 минут, поэтому только интенсивная деятельность ГЭБ позволяет нам быть «в форме».
Известно, что многие неврологические заболевания развиваются только вследствие того, что нарушена проницаемость гематоэнцефалического барьера, в сторону его повышения.
Мы не будем подробно вдаваться в гистологию и биохимию структур, составляющих барьер. Отметим только лишь, что строение гематоэнцефалического барьера включает в себя особую структуру капилляров. Известны следующие особенности, приводящие к появлению барьера:
- плотные контакты между эндотелиальными клетками, выстилающими капилляры изнутри.
В других органах и тканях эндотелий капилляров выполнен «небрежно», и между клетками есть большие промежутки, через которые происходит свободный обмен тканевой жидкостью с периваскулярным пространством. Там, где капилляры формируют гематоэнцефалический барьер, клетки эндотелия расположены очень плотно, и герметичность не нарушается;
- энергетические станции – митохондрии в капиллярах превышает физиологическую потребность в таковых в других местах, поскольку гематоэнцефалический барьер требует больших затрат энергии;
- высота клеток эндотелия существенно ниже, чем в сосудах другой локализации, а количество транспортных ферментов в цитоплазме клетки значительно выше. Это позволяет отвести большую роль трансмембранному цитоплазматическому транспорту;
- эндотелий сосудов в своей глубине содержит плотную, скелетообразующую базальную мембрану, к которой снаружи прилегают отростки астроцитов;
Кроме особенностей эндотелия, снаружи от капилляров существуют особые вспомогательные клетки – перициты. Что такое перицит? Это клетка, которая может снаружи регулировать просвет капилляра, а при необходимости может обладать функциями макрофага, к захвату и уничтожению вредных клеток.
Поэтому, еще не дойдя до нейронов, мы можем отметить две линии защиты гематоэнцефалического барьера: первая – это плотные соединения эндотелиоцитов и активный транспорт, а вторая – это макрофагальная активность перицитов.
Далее гематоэнцефалический барьер включает в себя большое количество астроцитов, которые и составляют наибольшую массу этой гистогематической преграды. Это небольшие клетки, которые окружают нейроны, и, по определению их роли, умеют «почти всё».
Они постоянно обмениваются веществами с эндотелием, контролируют сохранность плотных контактов, активность перицитов и просвет капилляров. Кроме того, головному мозгу нужен холестерин, но он не может проникнуть из крови ни в ликвор, ни пройти сквозь гематоэнцефалический барьер. Поэтому астроциты берут на себя его синтез, помимо основных функций.
Кстати, одним из факторов патогенеза рассеянного склероза является нарушение миелинизации дендритов и аксонов. А для образования миелина нужен холестерин. Поэтому роль дисфункции ГЭБ в развитии демиелинизирующих заболеваний является установленной, и в последнее время изучается.
Там, где нет барьеров
А есть ли такие места в центральной нервной системе, где не существует гематоэнцефалического барьера? Казалось бы, это невозможно: столько трудов было приложено к тому, чтобы создать несколько уровней защиты от внешних вредных веществ. Но, оказывается, в некоторых местах ГЭБ не составляет единую «стену» защиты, а нем имеются отверстия. Они нужны для тех веществ, которые вырабатываются головным мозгом и отправляются на периферию в качестве команд: это гормоны гипофиза. Поэтому есть свободные участки, как раз в зоне гипофиза, и эпифиза. Они существуют, чтобы гормоны и нейротрансмиттеры могли свободно проникать в кровь.
Существует и другая зона, свободная от ГЭБ, которая находится в районе ромбовидной ямки или дна 4 желудочка головного мозга. Там находится рвотный центр. Известно, что рвота может возникать не только вследствие механического раздражения задней стенки глотки, но и при наличии токсинов, попавших в кровь. Поэтому именно в этой области и существуют особые нейроны, которые постоянно производят «мониторинг» качества крови на наличие вредных веществ.
Читайте также:
Как только их концентрация достигнет определенной величины, эти нейроны активируются, вызывая чувство тошноты, а затем и рвоту. Справедливости ради нужно сказать, что не всегда рвота связана с концентрацией вредных веществ. Иногда, при значительном повышении внутричерепного давления (при гидроцефалии, менингитах) рвотный центр активируется вследствие прямого избыточного давления при развитии синдрома . Поэтому развивается так называемая центральная, или мозговая рвота, которая может наступить внезапно, и без всяких признаков тошноты.
Когда нарушается проницаемость
Гематоэнцефалический барьер и его функции могут страдать при многих заболеваниях. Конечно, классическим примером служат инфекции, при которых токсины и бактериальные антигены могут поражать барьер и повышать его проницаемость. Например, это происходит при менингитах и энцефалитах, когда возбудитель определяется в ликворе и на оболочках головного мозга.
Но в этом есть и положительный момент: после нарушения функции барьера сквозь него могут проникать антибактериальные препараты, которые в норме совсем не могут через него проникнуть, и, благодаря этому факту, антибиотики, проникающие через барьер, позволяют эффективно справиться с инфекцией.
Часто нарушается проницаемость при развитии миелинизации – рассеянном склерозе, остром рассеянном энцефаломиелите. Медленно, но неуклонно разрушение функции барьера происходит при сахарном диабете. Чем дольше время заболевания, и чем выше уровень гликемии, тем больше нарушается барьерная функция. При этом не так страшно возникновение гипогликемии, которая, хоть и является испытанием голодом для нейронов, быстро заканчивается и не успевает навредить.
Гипергликемия гораздо страшнее, поскольку она может вызвать поражение нервной системы на различных уровнях, например, полинейропатия по типу «носков» и «перчаток» также может развиться при наличии сахарного диабета.
При ишемическом и геморрагическом инсульте также происходит очаговое нарушение барьера, соответствующее развитию перифокальной зоны некроза. Различные опухоли, которые вызывают отек вещества мозга и его компрессию, также способствуют повышению проницаемости сосудов головного мозга.
В заключение нужно сказать, что такой гистогематический барьер, как ГЭБ, является одним из самых совершенных в организме. Он имеет несколько уровней защиты, снабжается энергией в 10 раз лучше, чем обычные зоны капиллярного газообмена, и позволяет сохранять гомеостаз центральной нервной системы, что дает ей возможность полностью сосредоточиться на управлении витальными функциями и на высшей нервной деятельности.
Частые вопросы
В чем значение гематоэнцефалического барьера?
Главная функция ГЭБ — поддержание гомеостаза мозга. Он защищает нервную ткань от циркулирующих в крови микроорганизмов, токсинов, клеточных и гуморальных факторов иммунной системы, которые воспринимают ткань мозга как чужеродную.
Какие вещества проходят через гематоэнцефалический барьер?
Так, быстро проникают через ГЭБ неорганические молекулы O2, CO2, H2O, облегченная диффузия, опосредованная переносчиком, в направлении градиента концентраций.
Что повышает проницаемость ГЭБ?
Повышение проницаемости ГЭБ может развиваться при многих заболеваниях. К последним относится эпилепсия, менингиты (воспаление оболочек мозга) различного происхождения, демиелинизирующие заболевания и черепно-мозговые травмы.
Где отсутствует гематоэнцефалический барьер?
ГЭБ отсутствует в шести анатомических образованиях: area postrema ромбовидной ямки (дна IV желудочка), шишковидное тело (эпифиз),
Полезные советы
СОВЕТ №1
Понимание строения и функций гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) поможет вам осознать важность его защитной функции для мозга. Изучите эту тему более детально, чтобы лучше понимать процессы, происходящие в организме.
СОВЕТ №2
Помните, что ГЭБ играет ключевую роль в защите мозга от вредных веществ и инфекций. При планировании лечения различных заболеваний мозга учитывайте его особенности и возможные ограничения.
