Δομή, λειτουργίες και ασθένειες των αιμοενεφαλικών φραγμών

Το αιματοεγκεφαλικό φράγμα (BHE) είναι ένα ημιπερατό τοίχωμα που βρίσκεται ανάμεσα στο αίμα και τον εγκέφαλο. Αποτελείται από τα κύτταρα που σχηματίζουν τα τοιχώματα των τριχοειδών αίματος του εγκεφάλου. Αυτό το φράγμα επιτρέπει στους νευρώνες του κεντρικού νευρικού συστήματος να απομονώνονται χημικά από το υπόλοιπο σώμα.

Ο Paul Ehrlich, ο Γερμανός γιατρός που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής το 1908, κατέδειξε την ύπαρξη του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.

Το 1878 έκανε μια διατριβή για την ιστολογική χρώση. Ο Ehrlich προσπάθησε να εγχύσει μια μπλε χρωστική που ονομάζεται ανιλίνη στην κυκλοφορία του αίματος ενός ποντικιού. Διαπίστωσε ότι όλοι οι ιστοί βαμμένοι με μπλε χρώμα, εκτός από τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό.

Ωστόσο, κατά την ένεση την ίδια χρωστική στο εγκεφαλονωτιαίο υγρό των κοιλιών του εγκεφάλου, ολόκληρο το κεντρικό νευρικό σύστημα ήταν βαμμένα μπλε.

Αυτό το πείραμα έδειξε ότι υπάρχει ένα εμπόδιο μεταξύ του αίματος και του υγρού στα εγκεφαλικά κύτταρα (εξωκυττάριο υγρό): ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός.

Ο εγκέφαλος είναι το μόνο όργανο που έχει το δικό του σύστημα ασφαλείας. Χάρη στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά μπορούν να τα φτάσουν ενώ εμποδίζουν την είσοδο άλλων ουσιών.

Αυτό το φράγμα χρησιμεύει για να διατηρηθεί η σωστή λειτουργία των νευρώνων ελέγχοντας την είσοδο και έξοδο χημικών ουσιών στον εγκέφαλο. Αν και, δυστυχώς, αυτό το φράγμα δρα τόσο αποτελεσματικά, εμποδίζοντας τη διέλευση ξένων ουσιών στον εγκέφαλο, που φυσιολογικά εμποδίζει επίσης τα ναρκωτικά να φτάσουν σε αυτό.

Σε κάθε περίπτωση, η έρευνα συνεχίζει να σχεδιάζει φάρμακα που έχουν τις απαραίτητες προϋποθέσεις για να διεισδύσουν σε αυτό το εμπόδιο.

Ωστόσο, υπάρχουν μερικές περιοχές του σώματος όπου δεν υπάρχει αιματοεγκεφαλικό φράγμα. Αυτά είναι γνωστά ως κυκλοφορικά όργανα.

Τέλος, υπάρχουν ορισμένες συνθήκες που προκαλούν άνοιγμα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Αυτό επιτρέπει την ελεύθερη ανταλλαγή ουσιών, έτσι ώστε να μπορεί να τροποποιηθεί η λειτουργία του εγκεφάλου. Ορισμένες από αυτές είναι φλεγμονή, τραύματα ή ασθένειες όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας.

Δομή του αιματοεγκεφαλικού φραγμού

Ορισμένες ουσίες μπορούν να διασχίσουν αυτό το εμπόδιο, αλλά άλλοι δεν μπορούν. Αυτό σημαίνει ότι είναι ένα επιλεκτικά διαπερατό φράγμα.

Σε μεγάλο μέρος του σώματος, τα κύτταρα που σχηματίζουν τα τριχοειδή αγγεία δεν δεσμεύονται στενά. Αυτά ονομάζονται ενδοθηλιακά κύτταρα και έχουν σχισμές μεταξύ τους με τις οποίες μπορούν να εισέλθουν και να βγουν από διάφορες ουσίες. Έτσι, ανταλλάσσονται στοιχεία μεταξύ του πλάσματος αίματος και του υγρού που περιβάλλει τα κύτταρα του οργανισμού (εξωκυτταρικό υγρό).

Ωστόσο, στο κεντρικό νευρικό σύστημα, τα τριχοειδή δεν έχουν αυτές τις σχισμές. Αντίθετα, τα κύτταρα συνδέονται στενά. Αυτό εμποδίζει πολλές ουσίες να εγκαταλείψουν το αίμα.

Είναι αλήθεια ότι υπάρχουν μερικές συγκεκριμένες ουσίες που μπορούν να διασχίσουν αυτό το εμπόδιο. Το κάνουν αυτό με τη βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών που τα μεταφέρουν από τα τοιχώματα των τριχοειδών αγγείων.

Για παράδειγμα, οι μεταφορείς γλυκόζης επιτρέπουν την είσοδο αυτής της ουσίας στον εγκέφαλο για την παροχή καυσίμου. Επιπλέον, αυτοί οι μεταφορείς εμποδίζουν να παραμείνουν στον εγκέφαλο τοξικά απόβλητα.

Α νευρογλοιακά κύτταρα (υποστήριξη) ονομάζεται αστροκύτταρα, ομαδοποιούνται γύρω από τα αιμοφόρα αγγεία στον εγκέφαλο και φαίνεται να παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του φραγμού αίματος-εγκεφάλου. Αυτές φαίνεται επίσης να συμβάλλουν στη μεταφορά ιόντων από τον εγκέφαλο στο αίμα.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν περιοχές του νευρικού συστήματος που έχουν φραγμό αίματος-εγκεφάλου περισσότερο διαπερατό από ότι σε άλλες. Η παρακάτω ενότητα εξηγεί το τι είναι αυτό.

Λειτουργίες

Για να υπάρχει μια καλή εγκεφαλική λειτουργία, είναι απαραίτητο να υπάρχει ισορροπία μεταξύ των ουσιών που παραμένουν στο εσωτερικό των νευρώνων και εξωκυττάριο υγρό βρίσκονται γύρω τους. Αυτό επιτρέπει τη σωστή μετάδοση των μηνυμάτων μεταξύ των κελιών.

Αν τα συστατικά του εξωκυττάριου υγρού αλλάξουν, ακόμη και ελαφρώς, αυτή η μετάδοση θα μεταβληθεί οδηγώντας σε αλλοιώσεις της λειτουργίας του εγκεφάλου.

Συνεπώς, ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός δρα για να ρυθμίζει τη σύνθεση αυτού του υγρού. Για παράδειγμα, πολλά από τα τρόφιμα που τρώμε παρουσιάζουν χημικές ουσίες που θα μπορούσαν να τροποποιήσουν την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων. Το αιματοεγκεφαλικό φράγμα εμποδίζει αυτές τις ουσίες να φτάσουν στον εγκέφαλο, διατηρώντας μια καλή λειτουργία.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός δεν έχει ομοιόμορφη δομή σε όλο το νευρικό σύστημα. Υπάρχουν χώροι όπου έχει μεγαλύτερη διαπερατότητα από ότι σε άλλες. Αυτό είναι χρήσιμο για να επιτρέψει τη διέλευση ουσιών που δεν είναι ευπρόσδεκτες σε άλλα μέρη.

Ένα παράδειγμα είναι η περιοχή postrema του εγκεφάλου. Αυτή η περιοχή ελέγχει τον εμετό και έχει πολύ πιο διαπερατό φράγμα αίματος-εγκεφάλου. Ο σκοπός του είναι ότι οι νευρώνες σε αυτή την περιοχή μπορούν να εντοπίσουν γρήγορα τοξικές ουσίες στο αίμα.

Έτσι, όταν κάποιο δηλητήριο που προέρχεται από το στομάχι φτάνει στο κυκλοφορικό σύστημα, διεγείρει την εγκεφαλική επιδερμίδα που προκαλεί εμετό. Με αυτόν τον τρόπο, ο οργανισμός μπορεί να εκδιώξει το δηλητηριώδες περιεχόμενο από το στομάχι προτού αρχίσει να είναι επιβλαβής.

Συνοπτικά, οι τρεις κύριες λειτουργίες του αιματοεγκεφαλικού φραγμού είναι:

- Προστατεύει τον εγκέφαλο από δυνητικά επικίνδυνες ξένες ουσίες ή που θα μπορούσε να μεταβάλει τη λειτουργία του εγκεφάλου.

- Προστατεύει και διαχωρίζει το κεντρικό νευρικό σύστημα από ορμόνες και νευροδιαβιβαστές που βρίσκονται στο υπόλοιπο σώμα, αποφεύγοντας τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα.

- Διατηρεί μια σταθερή χημική ισορροπία στον εγκέφαλό μας.

Ποιες ουσίες διασχίζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό?

Υπάρχουν ουσίες πιο ευαίσθητες από άλλες για να διασχίσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Ουσίες που έχουν τα παρακάτω χαρακτηριστικά εισάγονται ευκολότερα από άλλες:

- Τα μικρά μόρια περνούν πολύ πιο εύκολα το φράγμα αίματος-εγκεφάλου από ότι τα μεγάλα μόρια.

- Οι ουσίες που είναι διαλυτές στο λίπος διαπερνούν εύκολα τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, ενώ εκείνες που δεν το κάνουν πιο αργά ή δεν περνούν από αυτό. Ένας τύπος φαρμάκου διαλυτού σε λιπίδια που φτάνει εύκολα στον εγκέφαλό μας είναι τα βαρβιτουρικά. Άλλα παραδείγματα είναι η αιθανόλη, η νικοτίνη, η καφεΐνη ή η ηρωίνη.

- Μόρια που έχουν μικρότερο ηλεκτρικό φορτίο περνούν το φράγμα πιο γρήγορα από αυτά που έχουν υψηλή φόρτιση.

Ορισμένες ουσίες μπορούν να διασχίσουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Πάνω απ 'όλα, περνούν μόρια γλυκόζης, οξυγόνου και αμινοξέων που είναι θεμελιώδη για την καλή λειτουργία του εγκεφάλου.

Αμινοξέα όπως τυροσίνη, τρυπτοφάνη, φαινυλαλανίνη, βαλίνη ή λευκίνη, εισαγάγετε τον φραγμό αίματος-εγκεφάλου πολύ γρήγορα. Πολλοί από αυτούς είναι πρόδρομοι των νευροδιαβιβαστών που συντίθενται στον εγκέφαλο.

Ωστόσο, αυτό το εμπόδιο αποκλείει σχεδόν όλα τα μεγάλα μόρια και το 98% όλων των φαρμάκων που αποτελούνται από μικρά μόρια.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο υπάρχουν δυσκολίες για τη θεραπεία ασθενειών του εγκεφάλου, καθώς τα φάρμακα συνήθως δεν διασχίζουν το φράγμα ή δεν βρίσκονται στις απαραίτητες ποσότητες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι θεραπευτικοί παράγοντες μπορούν να ενεθούν απευθείας στον εγκέφαλο για να αποφευχθεί ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός.

Ταυτοχρόνως, αποτρέπει την είσοδο νευροτοξινών και λιπόφιλων μέσω ενός μεταφορέα ρυθμισμένου από την αποκαλούμενη γλυκοπρωτεΐνη Ρ. 

Περιφεριακά όργανα

Όπως αναφέρθηκε, υπάρχουν αρκετές περιοχές του εγκεφάλου όπου ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός είναι ασθενέστερος και πιο διαπερατός. Αυτό αναγκάζει τις ουσίες να φτάσουν στις περιοχές αυτές με ευκολία.

Χάρη σε αυτές τις περιοχές, ο εγκέφαλος μπορεί να ελέγξει τη σύνθεση του αίματος. Μέσα στα κυκλοφορικά όργανα είναι:

- Επιζωογονίδιο: είναι μια δομή που βρίσκεται μέσα στον εγκέφαλό μας, ανάμεσα στα μάτια. Σχετίζεται με τους βιολογικούς μας ρυθμούς και τις σημαντικές ορμονικές λειτουργίες. Απελευθερώνει μελατονίνη και νευροδραστικά πεπτίδια.

- Νευροφυπόφυση: είναι ο οπίσθιος λοβός της υπόφυσης. Αποθηκεύει ουσίες από τον υποθάλαμο, κυρίως νευροθρόνες όπως οξυτοκίνη και αγγειοπιεστίνη.

- Περιοχή postrema: όπως αναφέρθηκε παραπάνω, προκαλεί εμετό για να μας εμποδίσει να το πίνουμε.

- Υποφυσικό όργανο: είναι απαραίτητο για τη ρύθμιση των σωματικών υγρών. Για παράδειγμα, έχει σημαντικό ρόλο στην αίσθηση της δίψας.

- Το αγγειακό όργανο του τερματικού ελάσματος συμβάλλει επίσης στην ισορροπία δίψας και υγρών μέσω της απελευθέρωσης της αγγειοπιεστίνης. Εντοπίζει πεπτίδια και άλλα μόρια.

- Μέσα υψηλής εκτίμησης: είναι μια περιοχή του υποθαλάμου που ρυθμίζει την πρόσθια υπόφυση μέσω των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των υποθάλαμων που διεγείρουν και αναστέλλουν τις ορμόνες.

Συνθήκες που επηρεάζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό

Είναι πιθανό ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός να αλλοιωθεί λόγω διαφορετικών ασθενειών. Επιπλέον, όταν το φράγμα αυτό αποδυναμωθεί, είναι πιθανό ότι η πιθανότητα αυξάνει ή επιταχύνει την εμφάνιση νευροεκφυλιστικών διαταραχών.

- Υπέρταση ή υψηλή τάση: μπορεί να προκαλέσει αλλοίωση αυτού του φραγμού, καθιστώντας διαπερατή, η οποία μπορεί να είναι επικίνδυνη για το σώμα μας.

- Ακτινοβολία: η μακροχρόνια έκθεση σε ακτινοβολία μπορεί να αποδυναμώσει τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

- Λοιμώξεις φλεγμονή σε κάποιο κεντρικό νευρικό σύστημα γίνεται πιο αδύναμη αυτό το εμπόδιο. Ένα παράδειγμα είναι η μηνιγγίτιδα, μια ασθένεια στην οποία οι εγκεφαλικές μήνιγγες (στρώματα που καλύπτουν τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό) αναφλέγεται από διάφορους ιούς και τα βακτήρια.

- Το τραύμα, η ισχαιμία, το εγκεφαλικό επεισόδιο ... μπορεί να προκαλέσουν άμεση βλάβη στον εγκέφαλο, επηρεάζοντας τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό.

- Απόστημα εγκεφάλου Αυτό οφείλεται στη φλεγμονή και τη συσσώρευση πύου μέσα στον εγκέφαλο. Η λοίμωξη προέρχεται συνήθως από το αυτί, το στόμα, τα ιγμόρεια, κ.λπ. Αν και μπορεί να είναι αποτέλεσμα τραύματος ή χειρουργικής επέμβασης. Στις περισσότερες περιπτώσεις χρειάζονται 8 έως 12 εβδομάδες αντιβακτηριδιακής θεραπείας.

- Πολλαπλή σκλήρυνση: φαίνεται ότι τα άτομα με αυτή τη νόσο έχουν διαρροές στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Αυτό προκαλεί πάρα πολλά λευκά αιμοσφαίρια για να φτάσουν στον εγκέφαλο, όπου κατά λάθος προσβάλλουν τη μυελίνη.

Η μυελίνη είναι μια ουσία που καλύπτει τα νευρικά κύτταρα και επιτρέπει στις νευρικές ωθήσεις να ταξιδεύουν γρήγορα και αποτελεσματικά. Αν καταστραφεί, εμφανίζεται μια γνωστική και προοδευτική υποβάθμιση του κινητήρα.

Αναφορές

1. Αιματοεγκεφαλικό φράγμα. (s.f.). Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2017, από τη Wikipedia: en.wikipedia.org.
2. Το φράγμα εγκεφάλου αίματος ("Keep Out"). (s.f.). Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2017, από Neuroscience για παιδιά: faculty.washington.edu.
3. Ο φραγμός αίματος-εγκεφάλου. (2 Ιουλίου 2014). Ανακτήθηκε από το BrainFacts: brainfacts.org.
4. Carlson, Ν.Ρ. (2006). Φυσιολογία συμπεριφοράς 8η Εκδ. Μαδρίτης: Pearson.