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血脑屏障
成靖
>《生命科学/基因等》
2014.01.05
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编辑
blood brain barrier; 血脑屏障是指脑
毛细血管
壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障,这些屏障能够阻止某些物质(多半是有害的)由血液进入脑组织。血液中多种溶质从脑
毛细血管
进入脑组织,有难有易;有些很快通过,有些较慢,有些则完全不能通过,这种有选择性的通透现象使人们设想可能有限制溶质透过的某种结构存在,这种结构可使脑组织少受甚至不受循环血液中有害物质的损害,从而保持脑组织内环境的基本稳定,对维持
中枢神经系统
正常生理状态具有重要的生物学意义。
目录
1
组织学与胚胎学中的血脑屏障的概念
2
血脑屏障的结构
3
血脑屏障现象的发现
4
血脑屏障的正常功能
5
屏障的部位
6
决定血脑屏障通透性的因素
7
病理情况下血脑屏障的变化
1组织学与胚胎学中的血脑屏障的概念
介于血液和脑组织之间的对物质通过有选择性阻碍作用的动态界面,由脑的连续
毛细血管
内皮
及其
细胞
间的紧密连接、完整的基膜、周细胞以及星形胶质细胞脚板围成的神经胶质膜构成,其中内皮是血脑屏障的主要结构。
2血脑屏障的结构
脑屏障是血-脑、血-脑脊液和脑脊液-脑三种屏障的总称。
与其他组织器官的
毛细血管
相比,
脑
毛细血管及其邻近地区在结构上确有一些明显的特点(正常情况下):
血脑屏障
①脑毛细血管缺少一般毛细血管所具有的孔,或者这些孔既少且小。
内皮细胞
彼此重叠覆盖,而且连接紧密,能有效地阻止大分子物质从内皮
细胞
连接处通过。
②
内皮细胞
还被一层连续不断的基膜包围着。
③基膜之外更有许多星形胶质细胞的血管周足(终足)把脑
毛细血管
约85%的表面包围起来。这就形成了脑
毛细血管
的多层膜性结构,构成了脑组织的防护性屏障。在病理情况下,如血管性脑水肿时,
内皮细胞
间的紧密粘合处开放,由于内皮细胞肿胀重叠部分消失,很多大分子物质可随
血浆
滤液渗出
毛细血管
,这会破坏脑组织内环境的稳定,造成严重后果。
3血脑屏障现象的发现
20世纪初发现,给
动物
静脉注射
苯丙胺
后,此药可以分布到全身的组织器官,唯独脑组织没有它的踪迹。注射
台盼蓝
(
锥虫蓝
)涂料以后,全身组织都着色,而脑和脊髓则不着色。以后陆续发现很多药物和
染料
注入
动物
体后,都有类似的分布情况。这些事实都启示人们想到有保护脑组织的“屏障”存在。向鸡胚注入
谷氨酸
后,发现谷氨酸能迅速进入鸡胚的脑组织,但在成年鸡脑中则很难进入。初生儿脑
毛细血管
的
通透性
远较成年人为高,得重症
黄疸
后,胆汁色素很快透入
中枢神经系统
,并破坏
基底神经节
形成
核黄疸
。而在成人
黄疸
患者的
中枢神经系统
则不受胆汁色素的污染。以上事实说明血脑屏障结构功能的完善,是随
动物
个体发育的完善而形成的。
4血脑屏障的正常功能
血脑屏障的
显微
结构已如上述,包括无孔或少孔的
内皮
细胞
、连续的基底膜和有疏松连结的星形胶质细胞血管周足组成的断续膜,它们构成血脑屏障控制
血浆
各种溶质选择性的通透,有的学者把它叫关门或安全瓣,把有害物质拒之脑组织之外使它不能逸出脑
毛细血管
,比较形象地说明了血脑屏障的正常功能。但是三种成分在完成正常功能时哪个起主要作用则有不同观点。
日本
药理学家中井健五认为:“屏障中起主要作用的是星形胶质
细胞
,
内皮细胞
在一定程度上也起重要作用”。按
显微
结构来看,脑
毛细血管
周足包围血管面积不过85%左右,还有相当大裸露部分可供有害物质的渗出,显然这种说法是有缺陷的。
5屏障的部位
根据电子
显微镜
和酶标记法的研究结果证明,脑
毛细血管
内皮细胞
可能是屏障起主要作用的
关键部位
。其根据如下:
①用分子量较小的
辣根过氧化酶
(一种
蛋白质
,分子量约40000,分子
直径
约500~600
纳米
)或其片段作为通透
毛细血管壁
的标记物,小分子量的辣根过氧化酶片段可以很快通过肌肉的毛细血管进入
肌肉组织
,但在脑毛细血管的这种酶片段则被阻于血管内而不能进入脑组织。在这种屏障作用中,基底膜和血管周足断续膜只起辅助作用。
②脑
毛细血管
内皮细胞
的胞饮作用微弱。因此,血管内皮
细胞
与脑组织间的物质交换也少。
动物
经
电离
辐射后其胞饮泡增多,血脑屏障的
通透性
也有所提高。
6决定血脑屏障通透性的因素
◆物质的
脂溶性
血中溶质必须通过脑
毛细血管
的
内皮
细胞
才能到脑组织,而内皮细胞膜是以
类脂
为基架的双分子层的膜结构,具有亲脂性,
脂溶性
物质容易通过。因此血中溶质的
脂溶性
高低决定其通过屏障的难易和快慢。脂溶性越高的
溶质
通过屏障进入脑组织的速度也越快。根据这一规律可将某些
中枢神经系统
药物加以改造,使之更容易进入脑组织以便更快发挥药物的效果。例如,
巴比妥
是一种中枢麻醉药但其亲脂性弱,故进入脑组织很慢,但如改造成
苯巴比妥
,由于具有较强的亲脂性,故能更容易通过血脑屏障进入脑组织,很快发挥其催眠
麻醉
效应。又如
吗啡
改造成二乙酰吗啡就比较容易通过亲脂性
内皮细胞
膜到达脑组织更快发挥其镇痛作用。
类胡萝卜素
是一种
脂溶性
的色素,但是类胡萝卜素家族中只有
虾青素
是唯一能通过血脑屏障的物质。
◆物质的
亲水性
不论带正电荷或负
电荷
的溶质,溶于水时即与水分子的氧原子形成
氢键
,溶质所带电荷越多形成氢键的能力越强,水溶性也越强,通过血脑屏障的能力也越差。但是
水
本身和
葡萄糖
等溶质因
分子
量很小,可通过
内皮细胞
和
星形胶质细胞
的连接部入脑。
肾上腺素
和
去甲肾上腺素
由于水溶性强而且羟基多,很难通过屏障
入
脑。氨基酸能通过血脑屏障,但
胺
则很难。
◆与
血浆
蛋白的结合程度
血浆
中许多化合物是与
血浆蛋白
结合的。小分子化合物如激素,与
血浆蛋白质
结合后就不容易透过血脑屏障,因此无从发挥其生理效应;必须待其游离以后才能通过屏障发挥其效应。例如
甲状腺素
,在
血浆
中有99%以上与血浆蛋白结合,游离的不到1%;
脑脊液
中甲状腺素含量较低,但与血浆中游离的甲状腺素含量相近,故仍能满足生理的需要。游离的甲状腺素很容易进入脑组织间液。任何能阻止甲状腺素与
血浆
蛋白结合的药物,都可以增加
血浆
中游离的甲状腺素,增加通过屏障的剂量。
◆载体运转系统
脑
毛细血管
内皮细胞
有多种
载体蛋白
,能将血中物质运出内皮细胞。载体蛋白有较高的选择性,一种载体蛋白常只能转运一种物质,脑血管
内皮细胞
的特异性载体蛋白,可使一些难于通过血脑屏障的物质顺利转运迅速入脑,例如
葡萄糖
是脑组织代谢的主要能源,本来通过血脑屏障较慢,但借葡萄糖载体可以很快通过血脑屏障及时满足脑代谢需要。已经肯定的载体有:己糖载体、中性氨基酸载体、碱性氨基酸载体和短链的单羧基酸载体,它们都有利于合适转运物质顺利通过血脑屏障。
正常情况下中枢
递质
几乎都不能通过血脑屏障,这有利于维持脑内中枢递质水平的稳定,排除脑外刺激因素的干扰。所以能如此,可能与脑
毛细血管
内皮细胞
中的酶系统有关,已经发现其中含有单胺氧化酶,而多种中枢递质是单胺类化合物,如儿茶酚胺、5羟色胺、组织胺等,都可被单胺氧化酶灭活,这种内皮细胞胞浆内的生物化学转化作用加强了血脑屏障的功能,从而可使脑组织内环境保持稳定,少受一般循环血液中有强烈生理作用的物质含量剧烈变动的干扰。
7病理情况下血脑屏障的变化
中枢神经系统
疾病常引起血脑屏障结构和功能的剧烈变化。如前已提及的
新生儿核黄疸
和血管性脑水肿,使脑
毛细血管
内皮细胞
间紧密连接开放,屏障的
通透性
显著提高以致
血浆白蛋白
(分子量为69000)这样的大分子物质都可通过屏障。严重脑损伤导致血脑屏障的严重破坏,使血清蛋白也可通过屏障进入脑组织。随损伤的修复,大分子物入脑首先停止。完全恢复后小分子物交换加快现象也会消失,此时血脑屏障功能已经正常。
电离
辐射、激光和超声波都可使血脑屏障的
通透性
增加。
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血脑屏障
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