Hematoencephalic Barrier Struktur, Funktionen und Krankheiten

Die Blut-Hirn-Schranke (BHE) ist eine semipermeable Wand, die zwischen dem Blut und dem Gehirn liegt. Es besteht aus den Zellen, die die Wände der zerebralen Blutkapillaren bilden. Diese Barriere ermöglicht es, die Neuronen des zentralen Nervensystems chemisch vom Rest des Organismus zu isolieren.

Paul Ehrlich, der deutsche Arzt, der 1908 den Nobelpreis für Medizin erhielt, demonstrierte die Existenz der Blut-Hirn-Schranke.

1878 verfasste er eine Arbeit über histologische Färbung. Ehrlich versuchte, einen blauen Farbstoff namens Anilin in den Blutkreislauf einer Maus zu injizieren. Er fand heraus, dass alle Gewebe mit Ausnahme von Gehirn und Rückenmark blau gefärbt waren.

Wenn er jedoch den gleichen Farbstoff in die Cerebrospinalflüssigkeit der Hirnventrikel injizierte, färbte sich das gesamte Zentralnervensystem blau.

Dieses Experiment zeigte, dass es eine Barriere zwischen dem Blut und der Flüssigkeit in den Zellen des Gehirns (extrazelluläre Flüssigkeit) gibt: der Blut-Hirn-Schranke.

Das Gehirn ist das einzige Organ, das sein eigenes Sicherheitssystem hat. Dank der Blut-Hirn-Schranke können essentielle Nährstoffe diesen erreichen und gleichzeitig den Eintritt anderer Substanzen blockieren.

Diese Barriere dient dazu, die ordnungsgemäße Funktion von Neuronen durch Kontrolle des Eintritts und Austritts von Chemikalien im Gehirn zu gewährleisten. Leider blockiert diese Barriere so effektiv den Durchgang von Fremdstoffen zum Gehirn, der normalerweise auch verhindert, dass Medikamente in das Gehirn gelangen.

In jedem Fall werden weiterhin Medikamente entwickelt, die die notwendigen Voraussetzungen haben, um diese Barriere zu durchdringen.

Es gibt jedoch einige Regionen des Körpers, in denen es keine Blut-Hirn-Schranke gibt. Diese sind als Kreislauforgane bekannt.

Schließlich gibt es bestimmte Bedingungen, die eine Öffnung der Blut-Hirn-Schranke bewirken. Dies ermöglicht den freien Austausch von Substanzen, so dass die Funktionsweise des Gehirns verändert werden kann. Einige von ihnen sind Entzündungen, Traumata oder Krankheiten wie Multiple Sklerose.

Struktur der Blut-Hirn-Schranke

Einige Substanzen können diese Barriere überwinden, andere nicht. Dies bedeutet, dass es sich um eine selektiv durchlässige Barriere handelt.

In einem großen Teil des Körpers binden die Zellen, aus denen die Blutkapillaren bestehen, nicht fest. Diese werden Endothelzellen genannt und haben Schlitze zwischen ihnen, durch die verschiedene Substanzen eintreten und austreten können. So werden Elemente zwischen dem Blutplasma und der die Zellen des Organismus umgebenden Flüssigkeit (extrazelluläre Flüssigkeit) ausgetauscht.

Im Zentralnervensystem haben Kapillaren diese Spalten jedoch nicht. Im Gegenteil, die Zellen sind eng miteinander verbunden. Dies verhindert, dass viele Substanzen das Blut verlassen.

Es ist wahr, dass es einige konkrete Substanzen gibt, die diese Barriere überwinden können. Sie tun dies durch spezielle Proteine, die sie von den Wänden der Kapillaren transportieren.

Zum Beispiel ermöglichen Glukosetransporter den Eintritt dieser Substanz in das Gehirn, um Brennstoff bereitzustellen. Darüber hinaus verhindern diese Transporter, dass giftige Abfallprodukte im Gehirn verbleiben.

Gliale (unterstützende) Zellen, sogenannte Astrozyten, klumpen um die Blutgefäße des Gehirns und scheinen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke zu spielen. Diese scheinen auch zum Transport von Ionen vom Gehirn zum Blut beizutragen.

Auf der anderen Seite gibt es Bereiche des Nervensystems, die eine Blut-Hirn-Schranke durchlässiger als in anderen haben. Im folgenden Abschnitt wird erläutert, wofür dies gedacht ist.

Funktionen

Für eine gute Gehirnfunktion ist es wichtig, dass ein Gleichgewicht zwischen Substanzen innerhalb der Neuronen und in der extrazellulären Flüssigkeit, die sich um sie herum befindet, aufrechterhalten wird. Dies ermöglicht, dass Nachrichten zwischen Zellen korrekt übertragen werden.

Wenn sich die Komponenten der extrazellulären Flüssigkeit sogar geringfügig verändern, wird diese Übertragung verändert, was zu Veränderungen der Gehirnfunktion führt.

Daher reguliert die Blut-Hirn-Schranke die Zusammensetzung dieser Flüssigkeit. Zum Beispiel stellen viele der Nahrungsmittel, die wir essen, chemische Substanzen dar, die den Austausch von Informationen zwischen Neuronen verändern könnten. Die Blut-Hirn-Schranke verhindert, dass diese Substanzen das Gehirn erreichen und eine gute Funktion aufrechterhalten.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Blut-Hirn-Schranke im gesamten Nervensystem keine einheitliche Struktur aufweist. Es gibt Orte, wo es mehr Durchlässigkeit als in anderen hat. Dies ist nützlich, um Substanzen passieren zu lassen, die an anderen Orten nicht erwünscht sind.

Ein Beispiel ist der Postrema-Bereich des Hirnstamms. Diese Region kontrolliert Erbrechen und hat eine viel durchlässigere Blut-Hirn-Schranke. Ihr Zweck ist es, dass Neuronen in diesem Bereich toxische Substanzen im Blut schnell erkennen können.

Wenn also etwas Gift, das aus dem Magen kommt, den Kreislauf erreicht, stimuliert es das zerebrale Areal, das Erbrechen verursacht.Auf diese Weise kann der Organismus den giftigen Inhalt aus dem Magen ausstoßen, bevor er anfängt, schädlich zu sein.

Zusammenfassend sind die drei Hauptfunktionen der Blut-Hirn-Schranke:

- Schützt das Gehirn vor Fremdstoffen, die potentiell gefährlich sind oder die Gehirnfunktion beeinträchtigen könnten.

- Schützt und trennt das zentrale Nervensystem von Hormonen und Neurotransmittern, die im Rest des Körpers sind, um unerwünschte Effekte zu vermeiden.

- Behält ein konstantes chemisches Gleichgewicht in unserem Gehirn bei.

Welche Substanzen durchqueren die Blut-Hirn-Schranke?

Es gibt Substanzen, die anfälliger sind als andere, um die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden. Substanzen, die die folgenden Merkmale aufweisen, können leichter eingegeben werden als andere:

- Kleine Moleküle passieren die Blut-Hirn-Schranke viel leichter als große Moleküle.

- Die fettlöslichen Substanzen kreuzen leicht die Blut-Hirn-Schranke, während diejenigen, die es nicht tun, es langsamer machen oder es nicht schaffen, es zu überqueren. Eine Art von fettlöslichem Arzneimittel, das leicht in unser Gehirn gelangt, sind Barbiturate. Andere Beispiele sind Ethanol, Nikotin, Koffein oder Heroin.

- Moleküle, die weniger elektrische Ladung haben, passieren die Barriere schneller als solche mit hoher Ladung.

Einige Substanzen können die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Vor allem passieren sie Glukose-, Sauerstoff- und Aminosäurenmoleküle, die für das Funktionieren des Gehirns von grundlegender Bedeutung sind.

Aminosäuren wie Tyrosin, Tryptophan, Phenylalanin, Valin oder Leucin gelangen sehr schnell in die Blut-Hirn-Schranke. Viele davon sind Vorläufer von Neurotransmittern, die im Gehirn synthetisiert werden.

Diese Barriere schließt jedoch praktisch alle großen Moleküle und 98% aller Arzneimittel aus, die aus kleinen Molekülen bestehen.

Deshalb gibt es Schwierigkeiten bei der Behandlung von Gehirnerkrankungen, da die Medikamente die Barriere normalerweise nicht oder nicht in den erforderlichen Mengen überwinden. In bestimmten Fällen können therapeutische Mittel direkt in das Gehirn injiziert werden, um die Blut-Hirn-Schranke zu vermeiden.

Gleichzeitig verhindert es den Eintritt von Neurotoxinen und Lipophilen durch einen Transporter, der durch das sogenannte Glykoprotein P reguliert wird.

Zirkumventrikuläre Organe

Wie erwähnt, gibt es mehrere Regionen des Gehirns, in denen die Blut-Hirn-Schranke am schwächsten und am durchlässigsten ist. Dies führt dazu, dass Substanzen diese Regionen leicht erreichen.

Dank dieser Bereiche kann das Gehirn die Blutzusammensetzung kontrollieren. Innerhalb circuventricular Organe sind:

- Zirbeldrüse: ist eine Struktur innerhalb unseres Gehirns, zwischen den Augen. Es ist mit unseren biologischen Rhythmen und wichtigen hormonellen Funktionen verbunden. Es setzt Melatonin und neuroaktive Peptide frei.

- Neurohypophyse: ist der hintere Lappen der Hypophyse. Speichert Substanzen aus dem Hypothalamus, hauptsächlich Neurohormone wie Oxytocin und Vasopressin.

- Area postrema: wie oben erwähnt, erzeugt Erbrechen, um uns davon abzuhalten, berauscht zu werden.

- Subfornisches Organ: ist essentiell für die Regulation von Körperflüssigkeiten. Zum Beispiel spielt es eine wichtige Rolle für das Durstgefühl.

- Vaskuläres Organ der terminalen Lamina: trägt auch durch Freisetzung von Vasopressin zum Durst und Flüssigkeitshaushalt bei. Erkennt Peptide und andere Moleküle

- Eminence media: ist ein Bereich des Hypothalamus, der den Hypophysenvorderlappen durch Interaktionen zwischen hypothalamisch stimulierenden und hemmenden Hormonen reguliert.

Bedingungen, die die Blut-Hirn-Schranke beeinflussen

Es ist möglich, dass die Blut-Hirn-Schranke aufgrund verschiedener Krankheiten verändert ist. Wenn diese Barriere schwächer wird, ist es außerdem möglich, dass die Wahrscheinlichkeit das Auftreten neurodegenerativer Störungen erhöht oder beschleunigt.

- Hypertonie oder hohe Spannung: kann dazu führen, dass diese Barriere verändert wird und durchlässig wird, was für unseren Körper gefährlich sein kann.

- Strahlung: Lange Strahlenexposition kann die Blut-Hirn-Schranke schwächen.

- Infektionen: Die Entzündung eines Teils des zentralen Nervensystems schwächt diese Barriere. Ein Beispiel ist Meningitis, eine Krankheit, bei der die Hirnhäute (Schichten, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben) durch verschiedene Viren und Bakterien entzündet werden.

- Trauma, Ischämie, Schlaganfall ... können das Gehirn direkt schädigen und die Blut-Hirn-Schranke beeinflussen.

- Gehirnabszess. Es ist aufgrund der Entzündung und Ansammlung von Eiter im Gehirn. Die Infektion kommt normalerweise aus dem Ohr, Mund, Nebenhöhlen usw. Obwohl es ein Trauma oder eine Operation sein kann. In den meisten Fällen dauert es 8 bis 12 Wochen antibakterieller Therapie.

- Multiple Sklerose: Es scheint, dass Menschen mit dieser Krankheit Lecks in der Blut-Hirn-Schranke haben. Dies führt dazu, dass zu viele weiße Blutkörperchen das Gehirn erreichen, wo sie fälschlicherweise Myelin angreifen.

Myelin ist eine Substanz, die Nervenzellen abdeckt und Nervenimpulsen ermöglicht, schnell und effektiv zu reisen. Wenn es zerstört wird, wird kognitive und progressive motorische Verschlechterung erscheinen.

Referenzen

1. Blut-Hirn-Schranke. (s.). Abgerufen am 22. April 2017 von Wikipedia: en.wikipedia.org.
2. Die Blut-Hirn-Schranke ("Keep Out"). (s.). Abgerufen am 22. April 2017 von Neuroscience for kids: fakulty.washington.edu.
3. Die Blut-Hirn-Schranke. (2. Juli 2014). Von BrainFacts: brainfacts.org.
4. Carlson, N.R. (2006). Physiologie des Verhaltens 8. Ed. Madrid: Pearson.