Hematoencephalic Barrier: Struktur, Funktionen und Krankheiten

Die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​ist eine semipermeable Wand zwischen Blut und Gehirn. Es besteht aus den Zellen, die die Wände der Gehirnblutkapillaren bilden. Durch diese Barriere können die Neuronen des Zentralnervensystems chemisch vom Rest des Organismus isoliert werden.

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

1878 promovierte er über histologische Färbungen. Ehrlich versuchte, einen blauen Farbstoff namens Anilin in die Blutbahn einer Maus zu injizieren. Er stellte fest, dass alle Gewebe mit Ausnahme des Gehirns und des Rückenmarks blau gefärbt waren.

Wenn er jedoch den gleichen Farbstoff in die cerebrospinale Flüssigkeit der cerebralen Ventrikel injizierte, färbte sich das gesamte Zentralnervensystem blau.

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

Das Gehirn ist das einzige Organ, das über ein eigenes Sicherheitssystem verfügt. Dank der Blut-Hirn-Schranke können essentielle Nährstoffe diese erreichen und gleichzeitig den Eintritt anderer Substanzen blockieren.

Diese Barriere dient dazu, das ordnungsgemäße Funktionieren von Neuronen aufrechtzuerhalten, indem der Ein- und Austritt von Chemikalien im Gehirn gesteuert wird. Leider blockiert diese Barriere den Durchgang von Fremdsubstanzen zum Gehirn so effektiv, dass normalerweise auch Medikamente daran gehindert werden, in das Gehirn zu gelangen.

In jedem Fall werden in der Forschung weiterhin Arzneimittel entwickelt, die die notwendigen Anforderungen erfüllen, 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 hervorrufen. Dies ermöglicht den freien Austausch von Substanzen, so dass die Gehirnfunktion verändert werden kann. Einige von ihnen sind Entzündungen, Traumata oder Krankheiten wie Multiple Sklerose.

Struktur der Blut-Hirn-Schranke

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

In einem großen Teil des Körpers binden sich die Zellen, aus denen die Blutkapillaren bestehen, nicht fest. Diese werden Endothelzellen genannt und haben Schlitze zwischen sich, durch die verschiedene Substanzen ein- und austreten können. Somit werden Elemente zwischen dem Blutplasma und der Flüssigkeit, die die Zellen des Organismus umgibt (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 überschreiten können. Sie tun dies mit Hilfe von speziellen Proteinen, die sie von den Wänden der Kapillaren transportieren.

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

Gliazellen, 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.

Andererseits gibt es Bereiche des Nervensystems, in denen die Blut-Hirn-Schranke durchlässiger ist als in anderen. Im folgenden Abschnitt wird erläutert, wozu dies dient.

Funktionen

Für eine gute Gehirnfunktion ist es wichtig, dass ein Gleichgewicht zwischen Substanzen in den Neuronen und in der umliegenden extrazellulären Flüssigkeit besteht. Dadurch können Nachrichten ordnungsgemäß zwischen Zellen übertragen werden.

Wenn sich die Bestandteile der extrazellulären Flüssigkeit auch nur geringfügig ändern, wird diese Übertragung verändert, was zu Veränderungen der Gehirnfunktion führt.

Daher reguliert die Blut-Hirn-Schranke die Zusammensetzung dieser Flüssigkeit. Beispielsweise enthalten viele der von uns verzehrten Lebensmittel chemische Substanzen, die den Informationsaustausch zwischen Neuronen verändern könnten. Die Blut-Hirn-Schranke verhindert, dass diese Substanzen das Gehirn erreichen, und sorgt für eine gute Funktionsweise.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Blut-Hirn-Schranke im gesamten Nervensystem keine einheitliche Struktur aufweist. Es gibt Orte, an denen es durchlässiger ist als an anderen. Dies ist nützlich, um den Durchgang von Substanzen zu ermöglichen, die an anderer Stelle nicht erwünscht sind.

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

Wenn also etwas Gift, das aus dem Magen kommt, das Kreislaufsystem erreicht, stimuliert es den Bereich für zerebrale Nachspeisen und verursacht Erbrechen. Auf diese Weise kann der Organismus den giftigen Inhalt aus dem Magen entfernen, bevor er schädlich wird.

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

- Schützt das Gehirn vor möglicherweise gefährlichen oder die Gehirnfunktion beeinträchtigenden Fremdstoffen.

- Schützt und trennt das Zentralnervensystem von Hormonen und Neurotransmittern, die sich im Rest des Körpers befinden, um unerwünschte Wirkungen zu vermeiden.

- Hält ein konstantes chemisches Gleichgewicht in unserem Gehirn.

Welche Substanzen passieren die Blut-Hirn-Schranke?

Es gibt Substanzen, die leichter als andere die Blut-Hirn-Schranke überwinden können. Substanzen, die die folgenden Eigenschaften aufweisen, treten leichter in Erscheinung als andere:

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

- Die fettlöslichen Substanzen überschreiten leicht die Blut-Hirn-Schranke, während diejenigen, die es nicht langsamer machen oder nicht schaffen, sie zu überschreiten. Eine Art von fettlöslichem Medikament, das unser Gehirn leicht erreicht, sind Barbiturate. Andere Beispiele sind Ethanol, Nikotin, Koffein oder Heroin.

- Moleküle mit geringerer elektrischer Ladung passieren die Barriere schneller als solche mit hoher Ladung.

Einige Substanzen können die Blut-Hirn-Schranke passieren. Sie leiten vor allem Glukosemoleküle, Sauerstoff und Aminosäuren weiter, die für das reibungslose Funktionieren des Gehirns unerlässlich 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 Hirnkrankheiten, da die Medikamente in der Regel die Schranke nicht oder nicht in der erforderlichen Menge überschreiten. In bestimmten Fällen können Therapeutika direkt in das Gehirn injiziert werden, um die Blut-Hirn-Schranke zu umgehen.

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

Kreislauforgane

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

Dank dieser Bereiche kann das Gehirn die Blutzusammensetzung steuern. Innerhalb der Kreislauforgane sind:

- Zirbeldrüse: Ist eine Struktur in unserem Gehirn zwischen den Augen. Es hängt mit unseren biologischen Rhythmen und wichtigen hormonellen Funktionen zusammen. 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, verursacht es Erbrechen, um eine Vergiftung zu vermeiden.

- Subfornical Organ: ist wichtig für die Regulierung von Körperflüssigkeiten. Zum Beispiel spielt es eine wichtige Rolle beim Durstgefühl.

- Gefäßorgan der terminalen Lamina: Trägt durch die Freisetzung von Vasopressin auch zum Durst- und Flüssigkeitshaushalt bei. Erkennt Peptide und andere Moleküle.

- Eminence Media: Ein Bereich des Hypothalamus, der die Hypophyse anterior durch Wechselwirkungen zwischen hypothalamusstimulierenden und hormonhemmenden Substanzen reguliert.

Zustände, 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 erhöht oder das Auftreten von neurodegenerativen Störungen beschleunigt.

- Bluthochdruck oder Hochspannung: Kann dazu führen, dass diese Barriere verändert und durchlässig wird, was für unseren Körper gefährlich sein kann.

- Bestrahlung: Langzeitbestrahlung kann die Blut-Hirn-Schranke schwächen.

- Infektionen: Die Entzündung eines Teils des Zentralnervensystems schwächt diese Barriere. Ein Beispiel ist die 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 beeinträchtigen.

Gehirnabszeß. Es ist auf die Entzündung und Akkumulation von Eiter im Gehirn zurückzuführen. Die Infektion erfolgt normalerweise über das Ohr, den Mund, die Nasennebenhöhlen usw. Obwohl es ein Ergebnis eines Traumas oder einer Operation sein kann. In den meisten Fällen dauert eine antibakterielle Therapie 8 bis 12 Wochen.

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

Myelin ist eine Substanz, die Nervenzellen bedeckt und Nervenimpulse schnell und effektiv weiterleiten lässt. Wenn es zerstört wird, tritt eine kognitive und fortschreitende Verschlechterung der Motorik auf.