4.3. Гематоэнцефалический барьер

Гематоэнцефалический барьер обеспечивает жесткое ограничение транспорта растворенных в крови веществ во внеклеточную жидкость ЦНС. Хотя по строению эндотелий мозговых сосудов не имеет существенных отличий от остального эндотелия, он мало подвержен разрыхлению клеточных контактов и создает высокоселективную полупроницаемую границу клеток, которая предотвращает неизбирательное проникновение растворенных веществ во внеклеточную жидкость центральной нервной системы, где находятся нейроны. Наибольшую роль в этом барьере играет не структурный барьер как таковой, а активный обратный транспорт веществ, которые не участвуют в метаболизме нервной ткани; существенным фактором также является осмотический градиент ткани и крови. Эндотелий преимущественно окружен астроцитами и перицитами, которые активно изменяют концентрации веществ в малом объеме межклеточного компартмента вокруг сосуда. Особенности транспорта веществ через гематоэнцефалический барьер:

1. Барьер позволяет проходить некоторым молекулам путем пассивной диффузии, а также избирательно переносить различные питательные вещества, ионы, органические анионы и макромолекулы, такие как глюкоза, вода и аминокислоты, которые имеют решающее значение для нервной функции.

2. Большие молекулы нелегко проходят через гематоэнцефалический барьер. Липофильные вещества, связанные с белками-переносчиками, также не проникают в мозг.

3. Мозг, как инкапсулированный орган, чувствителен к изменениям осмотического давления, поскольку оно не может быть компенсировано физическим давлением. В то же время стабильное осмотическое давление препятствует поступлению осмотически активных веществ, которые не расходуются в метаболизме мозга, равно являются ли они естественными компонентами крови или ксенобиотиками. Напротив, органические растворители (эфир, алкоголи, хлороформ) легко проходят в мозг благодаря существенному растворению в его структурных липидах и распределению в липидную фазу ткани. Их повреждающее действие прежде всего связано с неспецифичным нарушением работы мембранных белков нейрона. Сходным действием обладает избыток кислорода, но благодаря быстрому метаболическому расходу его концентрация быстро падает до нормального содержания в мембранах.

Таким образом, в мозг легко проникают, пассивно и активно транспортируются вещества, которые он метаболизирует – глюкоза, аминокислоты, кетоновые тела; вещества, не используемые в метаболизме ЦНС, активно сбрасываются в просвет капилляра. Энергетические нарушения мозга и отравления сопровождаются отеком.

Иллюстрацией функционирования транспортных систем мозга может служить тот факт, что невозможно обеспечить доставку в мозг нейромедиаторов, но оказалось возможным усилить питание мозга их предшественниками. Так, повышение уровня дофамина в плазме крови оказывает малое влияние на функции ЦНС и не может использоваться для лечения паркинсонизма; однако применение его предшественника, ДОФА (диоксифенилаланина), дает эффект, так как это промежуточный метаболит синтеза дофамина, и в отличие от него, в ЦНС содержится в меньшем количестве, чем нейромедиаторы. ДОФА транспортируется через мозговые сосуды и потребляется нейронами для синтеза дофамина, адреналина и норадреналина. По сути, барьер между головным мозгом и кровью может быть назван не только транспортным, но и метаболическим (рис. 26).

Рис.26. Церебральный эндотелий: метаболические и транспортные барьеры [по Cecchelli, 2007, 18]

Для балансирования осмолярных и метаболических требований мозга, эндотелиальные клетки имеют двунаправленные, активные и пассивные, переносчики для глюкозы, аминокислот, предшественников нейромедиаторов и неорганических ионов. Метаболическое превращение аминокислот внутри эндотелиальных клеток стимулирует их транспорт. P-гликопротеин способен неселективно гидрофобно связывать вещества экзогенной природы и возвращать их в сосуд.