Barrera sangre-cerebro

La barrera hematoencefálica es extremadamente importante para proporcionar homeostasis cerebral, pero muchas preguntas sobre su formación todavía no se comprenden por completo. Pero ya ahora está absolutamente claro que la BBB es la más pronunciada en la diferenciación, complejidad y densidad de la barrera histohematológica. Su principal unidad estructural y funcional son las células endoteliales de los capilares del cerebro.

El metabolismo del cerebro, como ningún otro órgano, depende de las sustancias que ingresan al torrente sanguíneo. Numerosos vasos sanguíneos que proporcionan el trabajo del sistema nervioso se distinguen por el hecho de que el proceso de penetración de sustancias a través de sus paredes es selectivo. Las células endoteliales de los capilares del cerebro están conectadas por contactos continuos continuos, por lo que las sustancias pueden pasar solo a través de las células, pero no entre ellas. Las células gliales, el segundo componente de la barrera hematoencefálica, se adhieren a la superficie externa de los capilares. En los plexos vasculares de los ventrículos del cerebro, la base anatómica de la barrera son las células epiteliales, también estrechamente conectadas. En la actualidad, la barrera hematoencefálica no se considera como anatomo-morfológica, sino como una entidad funcional que puede pasar selectivamente, y en algunos casos, suministrar varias moléculas a las células nerviosas a través de mecanismos de transporte activo. Por lo tanto, la barrera realiza funciones reguladoras y protectoras

En el cerebro, hay estructuras en las que la barrera hematoencefálica se debilita. Esto, sobre todo, el hipotálamo, así como una serie de formaciones en la parte inferior de la 3ª y 4ª ventrículos - la caja trasera (área postrema), subkomissuralny y cuerpos subfornical, así como la glándula pineal. La integridad de la BBB está alterada por lesiones isquémicas e inflamatorias del cerebro.

La barrera hematoencefálica se considera finalmente formada cuando las propiedades de estas células satisfacen dos condiciones. Primero, la tasa de endocitosis en fase líquida (pinocitosis) en ellos debe ser extremadamente baja. En segundo lugar, se deben formar contactos densa específicos entre las celdas, para lo cual es muy característica una resistencia eléctrica muy alta. Se alcanza valores de 1000-3000 ohm / cm ² para pial capilar y de 2000 a 8000 0m / cm2 para los capilares cerebrales intraparenquimatosas. A modo de comparación: el valor promedio de la resistencia eléctrica transendotelial de los capilares del músculo esquelético es de solo 20 ohm / cm2.

La permeabilidad de la barrera hematoencefálica para la mayoría de las sustancias está determinada en gran medida por sus propiedades, así como por la capacidad de las neuronas para sintetizar estas sustancias por sí mismas. Las sustancias que pueden superar esta barrera incluyen, ante todo, oxígeno y dióxido de carbono, así como varios iones metálicos, glucosa, aminoácidos esenciales y ácidos grasos necesarios para el funcionamiento normal del cerebro. El transporte de glucosa y vitaminas se lleva a cabo usando vectores. Al mismo tiempo, D- y L-glucosa tienen diferentes tasas de penetración a través de la barrera, en el primero es más de 100 veces mayor. La glucosa juega un papel importante en el metabolismo energético del cerebro y en la síntesis de varios aminoácidos y proteínas.

El factor principal que determina el funcionamiento de la barrera hematoencefálica es el nivel de metabolismo de las células nerviosas.

Las neuronas están provistas de las sustancias necesarias no solo con la ayuda de capilares sanguíneos adecuados, sino también con los procesos de los caparazones blandos y aracnoideos, por los que circula el fluido cerebroespinal. El líquido cefalorraquídeo se encuentra en la cavidad del cráneo, en los ventrículos del cerebro y en los espacios entre las membranas del cerebro. En humanos, su volumen es de aproximadamente 100-150 ml. Debido al fluido cerebroespinal, se mantiene el equilibrio osmótico de las células nerviosas y se eliminan los productos metabólicos tóxicos para el tejido nervioso.

Las formas de intercambio de mediadores y el papel de la barrera hematoencefálica en el metabolismo (en: Shepherd, 1987) 

El paso de sustancias a través de la barrera hematoencefálica no solo depende de la permeabilidad de la pared vascular (peso molecular, carga y lipofilia de la sustancia), sino también de la presencia o ausencia de un sistema de transporte activo.

El transportador de glucosa estereoespecífico independiente de la insulina (GLUT-1), que proporciona la transferencia de esta sustancia a través de la barrera hematoencefálica, es rico en células endoteliales de los capilares del cerebro. La actividad de este transportador puede garantizar el suministro de glucosa en una cantidad de 2-3 veces la requerida por el cerebro en condiciones normales.

Características de los sistemas de transporte de la barrera hematoencefálica (después de: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Conexiones transportables	Sustrato primario	Km, mM	Vmax nmol / min * g
Hexosis	Glucosa	Noveno	1600
Ácidos monocarboxílicos	Lactato	1.9	120
Aminoácidos neutros	Fenilalanina	0.12	30
Básicos aminoácidos	Lysin	0.10	Sexto
Amina	Colina	0.22	Sexto
Purines	Adenina	0.027	1
Nucleósidos	Adenosina	0.018	0.7

En los niños con la interrupción del funcionamiento de este transportador, hay una disminución significativa en el nivel de glucosa en el líquido cefalorraquídeo y una interrupción en el desarrollo y funcionamiento del cerebro.

Los ácidos monocarboxílicos (L-lactato, acetato, piruvato), así como los cuerpos cetónicos son transportados por sistemas estereoespecíficos separados. Aunque la intensidad de su transporte es menor que el transporte de glucosa, son un sustrato metabólico importante en recién nacidos y en ayuno.

El transporte de colina al sistema nervioso central también está mediado por el transportador y puede regularse por la velocidad de síntesis de la acetilcolina en el sistema nervioso.

Las vitaminas no son sintetizadas por el cerebro y se suministran de la sangre por medio de sistemas de transporte especiales. A pesar de que estos sistemas tienen una actividad de transporte relativamente baja, en condiciones normales pueden proporcionar el transporte de la cantidad de vitaminas necesarias para el cerebro, pero su deficiencia en los alimentos puede conducir a trastornos neurológicos. Algunas proteínas del plasma también pueden penetrar en la barrera hematoencefálica. Una de las formas de su penetración es la transcitosis, mediada por receptores. Así es como la insulina, la transferrina, la vasopresina y el factor de crecimiento similar a la insulina penetran la barrera. Las células endoteliales de los capilares del cerebro tienen receptores específicos para estas proteínas y son capaces de llevar a cabo la endocitosis del complejo proteína-receptor. Es importante que, como resultado de eventos posteriores, el complejo se desintegre, la proteína intacta se pueda liberar en el lado opuesto de la célula, y el receptor se vuelva a incrustar en la membrana. Para las proteínas policatiónicas y lectinas, el método de penetración a través de la BBB también es transcitosis, pero no está asociado con la operación de receptores específicos.

Muchos neurotransmisores presentes en la sangre no pueden penetrar la BHE. Por lo tanto, la dopamina no tiene esta capacidad, mientras que la L-Dopa penetra a través de la BBB mediante el sistema de transporte de aminoácidos neutros. Además, las células capilares contienen enzimas metabolizadoras de neurotransmisores (colinesterasa, GABA-transaminasa aminopeptidasa et al.), Fármacos y sustancias tóxicas, que proporciona no sólo la protección del cerebro de la sangre neurotransmisores circulante, sino también de toxinas.

GEB también participa en las proteínas transportadoras que transportan sustancias de las células endoteliales de los capilares del cerebro a la sangre, lo que impide su penetración en el cerebro, por ejemplo, la glicoproteína β.

En el transcurso de la ontogenia, la velocidad de transporte de varias sustancias a través de la BHE cambia significativamente. Por lo tanto, la velocidad de transporte de b-hidroxibutirato, triptófano, adenina, colina y glucosa en recién nacidos es significativamente mayor que en adultos. Esto refleja la necesidad relativamente más alta del cerebro en desarrollo en energía y sustratos macromoleculares.

[1], [2], [3], [4], [5]