Krvno-možganska pregrada

Krvno-možganska pregrada je izjemno pomembna za zagotavljanje homeostaze možganov, vendar mnoga vprašanja v zvezi z njenim nastankom še niso povsem pojasnjena. Vendar je že zdaj jasno, da je krvno-možganska pregrada (KMB) najbolj diferencirana, kompleksna in gosta histohematska pregrada. Njena glavna strukturna in funkcionalna enota so endotelijske celice možganskih kapilar.

Presnova možganov, tako kot noben drug organ, je odvisna od snovi, ki vstopajo s krvnim obtokom. Številne krvne žile, ki zagotavljajo delovanje živčnega sistema, se odlikujejo po tem, da je proces prodiranja snovi skozi njihove stene selektiven. Endotelijske celice možganskih kapilar so med seboj povezane z neprekinjenimi tesnimi stiki, zato lahko snovi prehajajo le skozi same celice, ne pa tudi med njimi. Glija celice, druga komponenta krvno-možganske pregrade, mejijo na zunanjo površino kapilar. V žilnih pleksusih možganskih prekatov anatomsko osnovo pregrade predstavljajo epitelijske celice, ki so prav tako tesno povezane med seboj. Trenutno krvno-možganska pregrada ni obravnavana kot anatomska in morfološka, temveč kot funkcionalna tvorba, ki je sposobna selektivno prehajati in v nekaterih primerih dostavljati različne molekule živčnim celicam z uporabo aktivnih transportnih mehanizmov. Tako pregrada opravlja regulativne in zaščitne funkcije.

V možganih obstajajo strukture, kjer je krvno-možganska pregrada oslabljena. To so predvsem hipotalamus, pa tudi številne strukture na dnu 3. in 4. prekata - najbolj posteriorno polje (area postrema), subfornikalni in subkomisuralni organi ter pinealno telo. Celovitost krvno-možganske pregrade je motena pri ishemičnih in vnetnih možganskih lezijah.

Krvno-možganska pregrada velja za popolnoma oblikovano, ko lastnosti teh celic izpolnjujejo dva pogoja. Prvič, stopnja endocitoze v tekoči fazi (pinocitoze) v njih mora biti izjemno nizka. Drugič, med celicami se morajo tvoriti specifični tesni stiki, za katere je značilna zelo visoka električna upornost. Ta doseže vrednosti 1000–3000 Ohmov/cm2 ^za kapilare pia mater in od 2000 do 8000 0 m/cm2 za intraparenhimske možganske kapilare. Za primerjavo: povprečna vrednost transendotelijske električne upornosti kapilar skeletnih mišic je le 20 Ohmov/cm2.

Prepustnost krvno-možganske pregrade za večino snovi je v veliki meri odvisna od njihovih lastnosti, pa tudi od sposobnosti nevronov, da te snovi samostojno sintetizirajo. Med snovi, ki lahko premagajo to pregrado, spadajo predvsem kisik in ogljikov dioksid, pa tudi različni kovinski ioni, glukoza, esencialne aminokisline in maščobne kisline, potrebne za normalno delovanje možganov. Glukoza in vitamini se prenašajo s pomočjo prenašalcev. Hkrati imata D- in L-glukoza različno hitrost prodiranja skozi pregrado – prva je več kot 100-krat višja. Glukoza ima pomembno vlogo tako pri energijskem metabolizmu možganov kot pri sintezi številnih aminokislin in beljakovin.

Vodilni dejavnik, ki določa delovanje krvno-možganske pregrade, je raven presnove živčnih celic.

Oskrba nevronov s potrebnimi snovmi se ne izvaja le s pomočjo krvnih kapilar, ki se jim približujejo, temveč tudi zaradi odrastkov mehke in arahnoidne membrane, skozi katere kroži cerebrospinalna tekočina. Likvor se nahaja v lobanjski votlini, v možganskih prekatih in v prostorih med možganskimi membranami. Pri ljudeh je njegov volumen približno 100-150 ml. Zahvaljujoč cerebrospinalni tekočini se vzdržuje osmotsko ravnovesje živčnih celic in se odstranjujejo presnovni produkti, strupeni za živčno tkivo.

Poti izmenjave mediatorjev in vloga krvno-možganske pregrade pri presnovi (po: Shepherd, 1987) 

Prehod snovi skozi krvno-možgansko pregrado ni odvisen le od prepustnosti žilne stene zanje (molekulska masa, naboj in lipofilnost snovi), temveč tudi od prisotnosti ali odsotnosti aktivnega transportnega sistema.

Stereospecifični, od insulina neodvisni transporter glukoze (GLUT-1), ki zagotavlja prenos te snovi čez krvno-možgansko pregrado, je v izobilju prisoten v endotelijskih celicah možganskih kapilar. Aktivnost tega transporterja lahko zagotovi dostavo glukoze v količini, ki je 2-3-krat večja od tiste, ki jo možgani potrebujejo v normalnih pogojih.

Značilnosti transportnih sistemov krvno-možganske pregrade (po: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Prenosljive povezave	Prednostni substrat	Km, mm	Vmax nmol/min*g
Heksoze	Glukoza	9	1600
Monokarboksilne kisline	Laktat	1,9	120
Nevtralne aminokisline	Fenilalanin	0,12	30
Esencialne aminokisline	Lizin	0,10	6
Amini	Holin	0,22	6
Purini	Adenin	0,027	1
Nukleozidi	Adenozin	0,018	0,7

Pri otrocih z okvarjenim delovanjem tega prenašalca se raven glukoze v cerebrospinalni tekočini znatno zmanjša ter pride do motenj v razvoju in delovanju možganov.

Monokarboksilne kisline (L-laktat, acetat, piruvat) in ketonska telesca se prenašajo z ločenimi stereospecifičnimi sistemi. Čeprav je njihova intenzivnost transporta nižja od intenzivnosti transporta glukoze, so pomemben presnovni substrat pri novorojenčkih in med stradanjem.

Transport holina v centralni živčni sistem prav tako posreduje prenašalec in ga je mogoče uravnavati s hitrostjo sinteze acetilholina v živčnem sistemu.

Vitaminov možgani ne sintetizirajo, temveč jih dobavljajo iz krvi s pomočjo posebnih transportnih sistemov. Kljub temu, da imajo ti sistemi relativno nizko transportno aktivnost, lahko v normalnih pogojih zagotovijo transport količine vitaminov, ki jih možgani potrebujejo, vendar lahko njihovo pomanjkanje v hrani povzroči nevrološke motnje. Nekatere plazemske beljakovine lahko prodrejo tudi skozi krvno-možgansko pregrado. Eden od načinov njihovega prodiranja je receptorsko posredovana transcitoza. Tako inzulin, transferin, vazopresin in inzulinu podoben rastni faktor prodrejo skozi pregrado. Endotelijske celice možganskih kapilar imajo specifične receptorje za te beljakovine in so sposobne endocitoze kompleksa beljakovine in receptorji. Pomembno je, da se kompleks zaradi nadaljnjih dogodkov razgradi, nedotaknjena beljakovina se lahko sprosti na nasprotni strani celice in receptor se lahko ponovno integrira v membrano. Za polikationske beljakovine in lektine je transcitoza prav tako način prodiranja skozi krvno-možgansko pregrado, vendar ni povezana z delovanjem specifičnih receptorjev.

Mnogi nevrotransmiterji, prisotni v krvi, ne morejo prodreti skozi krvno-možgansko bariero. Dopamin torej nima te sposobnosti, medtem ko L-DOPA prodre skozi krvno-možgansko bariero z uporabo nevtralnega transportnega sistema aminokislin. Poleg tega kapilarne celice vsebujejo encime, ki presnavljajo nevrotransmiterje (holinesteraze, GABA transaminaze, aminopeptidaze itd.), zdravila in strupene snovi, kar zagotavlja zaščito možganov ne le pred nevrotransmiterji, ki krožijo v krvi, temveč tudi pred toksini.

Delo krvno-možganske barijere vključuje tudi nosilne beljakovine, ki prenašajo snovi iz endotelijskih celic možganskih kapilar v kri in preprečujejo njihov prodor v možgane, na primer b-glikoprotein.

Med ontogenezo se hitrost transporta različnih snovi skozi krvno-možgansko bariero (BBB) bistveno spremeni. Tako je hitrost transporta b-hidroksibutirata, triptofana, adenina, holina in glukoze pri novorojenčkih bistveno višja kot pri odraslih. To odraža relativno večjo potrebo razvijajočih se možganov po energiji in makromolekularnih substratih.

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