Hematoencefalická bariéra

Rozbalit box

Obsah boxu

Hematoencefalická bariéra (zkráceně HEB, anglicky blood-brain barrier – BBB) je vysoce selektivní, semipermeabilní membrána, která odděluje cirkulující krev od mozkové tkáně a mozkomíšního moku v centrální nervové soustavě (CNS). Tvoří ji vrstva specializovaných endotelových buněk mozkových kapilár, které jsou navzájem spojeny takzvanými těsnými spoji (tight junctions). Tato struktura je dále posílena a regulována pericyty a koncovými výběžky astrocytů. Hlavní funkcí hematoencefalické bariéry je chránit mozek před potenciálně škodlivými látkami, patogeny a neurotransmitery z krevního oběhu a zároveň zajišťovat transport nezbytných živin pro správnou funkci neuronů.

📜 Historie objevů

Koncept bariéry mezi krví a mozkem byl poprvé formulován na konci 19. století. Německý lékař a vědec Paul Ehrlich si v 80. letech 19. století všiml, že barviva (například trypanová modř) injikovaná do krevního oběhu zvířat obarvila všechny orgány s výjimkou mozku a míchy. Z toho usoudil, že existuje určitá forma oddělení mezi krví a CNS.

Jeho student Edwin Goldmann v roce 1913 provedl doplňující experiment. Vpravil stejné barvivo přímo do mozkomíšního moku a pozoroval opačný efekt – obarvil se pouze mozek, zatímco zbytek těla zůstal neovlivněn. Tyto dva experimenty společně prokázaly existenci fyzické a funkční bariéry, která reguluje přechod látek mezi krevním řečištěm a centrální nervovou soustavou. Termín "hematoencefalická bariéra" byl zaveden později, až ve 20. letech 20. století.

🧬 Struktura a složení

Hematoencefalická bariéra není samostatný orgán, ale komplexní dynamická struktura tvořená několika buněčnými a nebuněčnými komponentami, které společně tvoří tzv. neurovaskulární jednotku.

🧱 Endotelové buňky a těsné spoje

Základem bariéry jsou endotelové buňky, které vystýlají vnitřní povrch mozkových kapilár. Na rozdíl od endotelových buněk v jiných částech těla, které mají mezi sebou mezery (fenestrace) umožňující volný průchod látek, jsou mozkové endotelové buňky spojeny těsnými spoji (zonulae occludentes). Tyto spoje jsou tvořeny komplexními sítěmi transmembránových proteinů, jako jsou klaudiny, okludin a adhezní molekuly (JAMs). Těsné spoje efektivně "sešívají" sousední buňky k sobě a eliminují tak paracelulární transport (pohyb látek mezi buňkami). Tím nutí většinu molekul procházet přímo přes samotné buňky (transcelulární transport), což umožňuje přísnou regulaci. Tyto buňky mají také nízkou míru pinocytózy (pohlcování tekutin buňkou), což dále omezuje nespecifický transport.

👣 Astrocyty a pericyty

Astrocyty, typ gliových buněk, hrají klíčovou roli v indukci a udržování bariérových vlastností endotelových buněk. Svými koncovými výběžky, tzv. astrocytárními patkami, obklopují až 99 % vnějšího povrchu mozkových kapilár. Vylučují řadu signálních molekul, které posilují tvorbu těsných spojů a regulují expresi transportních proteinů v endotelu.

Pericyty jsou buňky vmezeřené do bazální membrány kapilár, které sdílejí s endotelovými buňkami. Mají kontraktilní schopnosti, čímž mohou regulovat průměr kapilár a tím i lokální průtok krve. Podílejí se také na udržování integrity bariéry, angiogenezi a imunitní odpovědi v CNS.

🛡️ Bazální membrána

Bazální membrána je tenká vrstva extracelulární matrix, která obklopuje kapiláry a poskytuje jim strukturální oporu. Je tvořena proteiny jako kolagen typu IV, laminin a fibronektin. Slouží jako kotva pro endotelové buňky a pericyty a zároveň funguje jako další, i když méně selektivní, filtrační vrstva.

⚙️ Funkce

Hematoencefalická bariéra plní tři základní, životně důležité funkce.

🛂 Selektivní transport

Bariéra funguje jako vysoce sofistikovaný filtr.

• Pasivní difúze: Malé, nepolární a v tucích rozpustné molekuly, jako je kyslík (O₂), oxid uhličitý (CO₂), ethanol a některé anestetika, mohou volně procházet přes buněčné membrány endotelu.
• Zprostředkovaný transport: Větší a polární molekuly, které jsou pro mozek nezbytné, vyžadují specifické transportní systémy. Například:

   *   Glukóza, hlavní zdroj energie pro mozek, je transportována pomocí transportéru GLUT1.
   *   Aminokyseliny, stavební kameny pro proteiny a neurotransmitery, využívají specifické přenašeče (např. systém L1).
   *   Ionty jako sodík (Na⁺), draslík (K⁺) a vápník (Ca²⁺) jsou přísně regulovány iontovými kanály a pumpami, aby se udrželo stabilní iontové prostředí pro přenos nervových vzruchů.

• Efluxní transportéry: Bariéra je vybavena aktivními pumpami (např. P-glykoprotein), které aktivně odčerpávají široké spektrum potenciálně toxických látek a léků z mozku zpět do krve.

🧠 Ochrana mozku

HEB chrání citlivou nervovou tkáň před:

• Toxiny a patogeny: Zabraňuje vstupu bakterií, virů a neurotoxických látek z krevního oběhu.
• Hormony a neurotransmitery: Zabraňuje, aby hormony a neurotransmitery z periferní krve (např. adrenalin, noradrenalin) ovlivňovaly neuronální aktivitu v mozku, kde fungují jako lokální signální molekuly.

⚖️ Udržování homeostázy

Bariéra udržuje stabilní a optimální chemické prostředí (homeostázu) v mozku, což je klíčové pro správnou a spolehlivou synaptickou transmisi a funkci neuronů. Chrání mozek před výkyvy v koncentraci iontů, metabolitů a dalších látek v krvi, které by mohly narušit jeho činnost.

🩺 Klinický význam

Integrita a správná funkce hematoencefalické bariéry jsou zásadní pro zdraví. Její poruchy jsou spojeny s řadou neurologických onemocnění a zároveň představuje významnou výzvu pro léčbu.

💊 Překážka pro farmakoterapii

Vysoká selektivita HEB, která je za normálních okolností prospěšná, se stává hlavní překážkou při léčbě onemocnění CNS. Více než 98 % malých molekul a prakticky 100 % velkých molekul (jako jsou protilátky nebo genové terapie) nedokáže bariéru překonat. To zásadně komplikuje léčbu:

• Mozkových nádorů: Chemoterapie je často neúčinná, protože léčiva se nedostanou k nádoru v dostatečné koncentraci.
• Neurodegenerativních onemocnění: Léčba Alzheimerovy choroby, Parkinsonovy choroby nebo Huntingtonovy choroby je omezena neschopností dopravit terapeutické molekuly do cílových oblastí mozku.
• Infekcí CNS: Léčba meningitidy nebo encefalitidy vyžaduje antibiotika, která jsou schopna HEB prostoupit.

Současný výzkum se zaměřuje na strategie, jak bariéru dočasně a bezpečně obejít, například pomocí nanotechnologie (lipozomy, nanočástice), dočasného otevření bariéry pomocí fokusovaného ultrazvuku nebo vývojem léků, které využívají existující transportní mechanismy.

🦠 Poruchy a onemocnění

Porušení integrity hematoencefalické bariéry může vést k vážným následkům. Zvýšená propustnost bariéry je spojena s:

• Cévní mozková příhoda: Nedostatek kyslíku (ischemie) poškozuje endotelové buňky, což vede k rozpadu bariéry a následnému otoku mozku (edém).
• Roztroušená skleróza: Imunitní buňky (T-lymfocyty) procházejí přes narušenou HEB do CNS, kde napadají myelinové pochvy neuronů.
• Meningitida a encefalitida: Infekce může narušit bariéru a umožnit masivní vstup patogenů a imunitních buněk do mozku.
• Traumatické poranění mozku: Mechanické poškození vede k okamžitému narušení bariéry a vzniku otoku.
• Epilepsie: Únik albuminu z krve do mozku může vyvolat zánětlivou reakci a přispět ke vzniku záchvatů.

🌍 Místa bez hematoencefalické bariéry

V mozku existují specifické malé oblasti, kde hematoencefalická bariéra chybí nebo je výrazně propustnější. Tyto oblasti se nazývají cirkumventrikulární orgány (CVO). Patří mezi ně například:

• Area postrema: Nachází se v prodloužené míše a funguje jako chemorecepční zóna, která detekuje toxiny v krvi a spouští zvracení.
• Šišinka (epifýza): Umožňuje sekreci hormonu melatoninu přímo do krevního oběhu.
• Neurohypofýza: Uvolňuje hormony oxytocin a vasopresin do krve.

Tyto "otvory" v bariéře umožňují mozku monitorovat složení krve a uvolňovat hormony do systémové cirkulace.

🔬 Výzkum

Moderní výzkum se soustředí na lepší pochopení molekulárních mechanismů regulujících HEB a na vývoj nových terapeutických strategií. Vědci vytvářejí pokročilé in vitro modely (tzv. "brain-on-a-chip"), které napodobují strukturu a funkci neurovaskulární jednotky a umožňují testování léků a studium nemocí v kontrolovaném prostředí. Velký potenciál má také využití fokusovaného ultrazvuku v kombinaci s mikrobublinami pro dočasné a lokální otevření bariéry, což by mohlo znamenat revoluci v léčbě mozkových onemocnění.

💡 Pro laiky

Představte si mozek jako velmi důležitý a citlivý superpočítač, který musí pracovat v naprosto čistém a stabilním prostředí. Hematoencefalická bariéra funguje jako extrémně přísná ochranka nebo velmi jemné síto u všech "přívodních kabelů" (krevních cév), které do tohoto počítače vedou.

Tato ochranka kontroluje naprosto vše, co se snaží z krve do mozku dostat.

• Dobré věci pustí dovnitř: Zásilky s energií (glukóza) a stavebním materiálem (aminokyseliny) mají speciální propustky a jsou eskortovány dovnitř přes vyhrazené brány (transportéry).
• Špatné věci vyhodí ven: Jakýkoli odpad, toxiny nebo potenciální vetřelce (bakterie, viry) ochranka okamžitě zablokuje a nepustí dál. Některé látky, které se lstí dostanou dovnitř, jsou aktivně vyhozeny zpět do krve (efluxní pumpy).
• Udržuje klid: Zabraňuje tomu, aby "hluk" z těla (např. stresové hormony) rušil jemnou práci mozku.

Problém nastává, když potřebujeme do mozku doručit lék. Ochranka ho často nerozezná od škodlivé látky a nepustí ho dovnitř. Vědci se proto snaží vymyslet způsoby, jak lék "zamaskovat" jako potřebnou zásilku nebo jak ochranku na chvíli přesvědčit, aby pootevřela bránu.

Šablona:Aktualizováno