Кровоснабжение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Гематоэнцефалический барьер

Мысль о существовании  барьера между кровью и мозгом впервые высказал Пауль Эрлих в 1885 г. К этому времени накопились данные о том, что красители (например, трипановый синий) после введения их в кровь не обнаруживаются в мозге. В 1913 г. Голдманн показал, что если краситель вводить не в вену, а в ликвор, то мозг окрашивается. Тем не менее долгое время существовала и противоположная точка зрения: барьера нет, красители не проходят в мозг потому, что мозг не содержит соединительной ткани т. е. для красителя в мозге просто нет места. Только в 60—е годы мнение о существовании ГЭБ стало общепринятым.

Термин «гистогематические барьеры» предложила наша соотечественница Л. С. Штерн в 1929 г. Сейчас он понимается как общее название для барьеров: гематоэнцефалического (ГЭБ), — ликворного (ГЛБ), — неврального, — офталъмического, — тестикулярного, — лабиринтного, —плеврального, — синовиального и др. В 1933 г. Вальтер и Шпац ввели понятие «гематоэнцефалический барьер».

Создание особой внутренней среды мозга, во—первых, защитило его  нейроны от колебаний внутренней среды организма, связанных с  потреблением пищи и двигательной активностью, и обеспечило стандартные условия  для интегративной деятельности нейронов и синаптической передачи; во—вторых, позволило нейронам мозга при передаче друг другу сообщений гуморальным путем экономно использовать запасы нейросекретов и уменьшило искажение передаваемой информации.

Потребность в барьере  была настолько сильной, что он независимо возник не менее чем в трех ветвях эволюции, выделившихся 500—600 млн. лет  назад, и имеется у всех таксонов, способных к сложному поведению: у позвоночных головоногих моллюсков  и членистоногих (у насекомых, некоторых  паукообразных и отчасти у  ракообразных).

2.1 Структура барьера 

Как известно, капилляры  мозга принципиально отличаются от капилляров всех других областей тела отсутствием в их стенке водных каналов, пор, или фенестр. Под электронным  микроскопом отчетливо видно, что  эндотелиоциты мозговых капилляров соединены между собой, так называемыми плотными контактами, которые не позволяют водорастворимым веществам проходить из крови в головной мозг (и обратно). На электронограммах также видны и отростки астроцитов, охватывающие всю (или почти всю) наружную поверхность мозговых капилляров.

Эти отростки не составляют механического препятствия проникновению  веществ в мозг, как думали прежде, но они секретируют некие пока недостаточно изученные, вещества, повышающие плотность контактов между эндотелиоцитами. Известно, что по крайней мере часть этих веществ имеет молекулярную массу менее 4 кДа и, следовательно, не относится к белкам.

В середине 60—х годов было открыто существование «энзимного барьера», т. е. ферментов в тканях, лежащих между просветом капилляров и нейронами мозга. Эти ферменты расщепляют вещества, которые в противном случае могли бы проникнуть из кров и в мозг. Примерами таких «барьерных» энзимов могут служить катехол—0—метилтрансфераза (КОМТ), моноаминоксидаза (МАО), тирозингидроксилаза и аминопеппгидаза. Энзимный барьер в большей степени препятствует проникновению в мозг моноаминов (потенциальных нейротрансмиттеров), чем их непосредственных предшественников.

Феномен ГЭБ пытались объяснить  еще и тем, что введенный в  кровоток краситель связывается  с белками плазмы и это делает его неспособным проникнуть сквозь барьер. Однако связывание с белками  плазмы не препятствует окрашиванию всех прочих (немозговых) тканей, поэтому сегодня фактору связывания придается небольшое значение.

Итак, ГЭБ состоит, по меньшей  мере, из трех главных компонентов: (1) плотных контактов в эндотелии  капилляров; (2) веществ, секретируемых  отростками астроцитов и поддерживающих функцию плотных контактов; и (3) «барьерных энзимов».

2. Проницаемость барьера и транспортные системы.

 В 1902 г. Эрлих заметил,  что красители, поглощаемые мозгом, поглощаются и жировой тканью  тоже. Значение этого факта было  оценено только в 70—е годы, после создания высокоточного  метода количественной оценки  проницаемости ГЭБ.

 Для жирорастворимых  веществ ГЭБ барьером вообще  не является: они простой диффузией  легко проходят сквозь эндотелиоциты: сначала растворяются в липофильных участках люминальной (т. е. обращенной в сторону просвета сосуда) мембраны, затем диффундируют через всю толщу цитоплазмы и, наконец, растворяясь в аблюминальной (расположенной с другой, наружной по отношению к просвету сосуда стороны) мембране, выходят из эндотелиоцита в ткань мозга .

Никакие живые клетки не являются препятствием для веществ, обладающих высокой липофильностью (или, что то же самое, гидрофобностью). Наиболее высокой «проходимостью» обладает углекислый газ, легко проникающий из крови в нейроны дыхательного центра. Довольно высокой растворимостью, соответственно, «проходимостью» обладают героин, алкоголь и никотин, что объясняет их быстрое (после попадания в кровь) действие на ЦНС. Следовательно, липофильность — главное из качеств, определяющих возможность простои диффузии вещества сквозь ГЭБ. На «проходимость» вещества диффузией также влияют степень его ионизации, молекулярная масса и некоторые другие факторы.

Мозг нуждается в некоторых  веществах, не обладающих способностью растворяться в жирах, например, в  глюкозе — для обеспечения  своих энергетических потребностей, и в аминокислотах — для  синтеза белков. Поскольку гидрофильные вещества простой диффузией пройти в мозг не могут, для их доставки существуют транспортные системы со специфическими белками—переносчиками (рис. 3.74, путь 1Б). Сейчас известны транспортные системы для: (а) D—глюкозьг; (б) крупных нейтральных аминокислот; (в) основных и кислых аминокислот; (г) электролитов (K+, Mg2+, Ca2+, I— и др.); (д) водорастворимых витаминов; (е) нуклеозидов и др. Все эти системы обладают общими свойствами: селективностью, стереоспецифичностью, конкурентным ингибированием и насыщаемостью.

Мелкие нейтральные аминокислоты не транспортируются, так как мозг синтезирует их сам. Транспортная система, переносящая глюкозу, не требует для своей работы присутствия инсулина. Необычно то, что в ГЭБ инсулин регулирует транспорт не глюкозы, а аминокислот.

3. «Дефекты» в барьере и пути в обход барьера.

В головном мозгу есть области, в которые, в отличие от основной его массы, краситель легко проходит из крови. Впервые это обнаружил  Шульманн в 1912г.: трипановый синий, введенный мышам внутривенно, проникал в нейрогипофиз. Количество областей, обладающих такими особенностями, постепенно росло, и сейчас включает: нейрогипофиз, медиальное возвышение, самое заднее поле, субфорникальный орган, шишковидное тело, зрительное углубление, сосудистое сплетение и сосудистый орган конечной пластинки. Поскольку все эти структуры расположены по периферии желудочковой системы, было предложено называть их циркумвентрикулярными органами. Только один из них не обладает названными особенностями: в субкомиссуральном органе эндотелиоциты соединены плотными контактами.

  В циркумвентрикулярных органах переносимые кровью вещества относительно свободно покидают просвет капилляров и доходят до наружной границы желудочков мозга, где их задерживают плотные контакты, которыми соединены клетки выстилающей желудочки эпендимы. Эту особую организацию барьера в циркумвентрикулярных органах часто ошибочно принимают за «дефекты» в барьере. В действительности, барьер в этих областях не менее эффективен, только разделительную функцию выполняет не эндотелий капилляров, а эпендима желудочков мозга. Таким образом, барьер здесь просто отнесен чуть далее вглубь мозговой ткани и носит название гематоликворного (ГЛБ). Площадь ГЛБ составляет 1/5000 общей площади ГЭБ.

Полагают, что некоторая  часть молекул веществ, оказавшихся  в циркумвентрикулярных органах, может проникнуть в собственно мозг:

• через нервные окончания и далее внутриаксональным транспортом;
• сквозь клетки эпендимы — в ликвор, в соответствии с растворимостью данного вещества в липидах;
• перемещением вдоль наружной границы эпендимы до тех участков, где между ее клетками есть водные каналы, и по ним — в ликвор.

Некоторая часть сосудов  мозга выпячивается в желудочковую систему и образует в ней сосудистое сплетение — орган, продуцирующий  ликвор. Капилляры этих сплетений  имеют фенестры, сквозь которые вещества легко покидают кровь, но в дальнейшем задерживаются хориоидным эпителием, составляющим единое целое с остальной эпендимой. Дальнейшее продвижение (в ликвор) возможно только простой диффузией, в соответствии с липофильностью конкретного вещества.

Возможно, единственный путь, по которому водорастворимые вещества в значительных количествах без помощи специальных транспортных систем попадают в мозг, начинается на слизистой оболочке полости носа. Пероксидаза хрена (белок с молекулярной массой 40 кДа), введенная интраназально, за несколько минут достигает пиальной поверхности обонятельных луковиц. Водные растворы нейропептидов вызывают ЦНС—зависимые эффекты (например, интраназальное введение человеку вазопрессина приводит к отчетливому повышению настроения). В этом случае диффузия происходит либо внутри аксонов обонятельных нейронов, либо через подслизистый слой связанный с подпаутинным пространством в области обонятельных луковиц. Нарушение целостности слизистой оболочки (например, при рините) способствует проникновению веществ в мозг именно этим путем.

Гидрофильные молекулы из крови могут попадать в мозг внутриаксональным транспортом, например, по волокнам чувствительных нейронов.

4. Пути выхода веществ из мозга в кровь.

Специальные транспортные системы  выносят из мозга в кровь метаболиты самого мозга (их накопление могло бы нарушить его работу) и токсические вещества, которые все—таки в небольших количествах проникают в мозг сквозь ГЭБ. Самый простой, неизбирательный механизм выноса состоит в том, что избыток ликвора периодически сбрасывается в кровь через ворсинки паутинной оболочки, выдвинутые в просвет венозных синусов.

Ворсинки выполняют роль клапанов, регулирующих отток: быстрое  поступление ликвора в венозный синус повышает давление в нем, ворсинка сдавливается, и отток ликвора  прекращается. У человека за 1 сут образуется примерно 500 мл ликвора, следовательно, сопоставимое количество его оттекает ежедневно в венозную кровь.

Создание в ходе эволюции механизмов, выносящих в кровь  пенициллины, цефалоспорины и некоторые цитостатики, в нормальных условиях отсутствующие в мозге и применяемые при лечении воспалительных процессов ЦНС, объясняют тем, что небольшие количества этих веществ синтезируются микрофлорой кишечника, а также попадают в организм с растительной пищей и проникают сквозь ГЭБ в мозг.

Важную роль в системах, выводящих вещества из мозга в  кровь, играет особый белок — гликопротеин Р (Pgp). Обычно он присутствует в ГЭБ в небольших количествах. При наличии в мозге очагов воспаления или опухолей проницаемость барьера возрастает, введенные в кровь антибиотики и цитостатики легко проникают в ЦНС. В ответ на это происходит экспрессия гена, ответственного за синтез Pgp, его количество в структуре ГЭБ возрастает и он быстро выводит названные вещества из мозга.

 

3. Состав спинномозговой жидкости

Спинномозговая жидкость (синоним цереброспинальная жидкость) — жидкая среда нервной системы, циркулирующая в субарахноидальном  пространстве головного и спинного мозга и в желудочках головного  мозга. В образовании спинномозговой жидкости принимают участие главным  образом сосудистые сплетения головного  мозга. Спинномозговая жидкость непрерывно вырабатывается и всасывается, обновление ее происходит в течение одних  — нескольких суток. Большая часть  спинномозговой жидкости циркулирует  в боковых, третьем и четвертом  желудочках мозга, меньшая часть  — в субарахноидальном пространстве. Нормальная циркуляция спинномозговой жидкости обеспечивается движениями головы, туловища, конечностей, дыхательными движениями, пульсацией мозга.

В норме спинномозговая жидкость бесцветна и прозрачна. Количество ее колеблется от 15 до 20 мл у новорожденных  и 100— 150 мл у взрослых. Удельный вес  спинномозговой жидкости составляет 1006—1012, реакция слабощелочная (рН равна 7,4— 7,6). Спинномозговая жидкость состоит из водной части и сухого остатка, в который входят органические и неорганические вещества. Количество белка в спинномозговой жидкости колеблется от 12 до 43 мг%. Белок состоит из альбуминов и глобулинов. Общий азот 16—22 мг%, остаточный азот 12—28 мг%; у детей 17— 26 мг%. Сахар составляет 40—70 мг%. Хлориды 680—720 мг%. Обнаруживается незначительное количество липидов, аминокислот, микроэлементов и некоторых других веществ. В спинномозговой жидкости в небольшом количестве содержатся клетки (лимфоциты, встречаются плазматические клетки, моноциты). У взрослых в 1 мм3 спинномозговой жидкости имеется 1—5 клеток; у новорожденных — 20—25 клеток в 1 мм3, к одному году количество клеток уменьшается до 12—15 клеток в 1 мм3.