Гематоэнцефалический барьер (от др.-греч. αἷμα , родительный падеж от αἷματο — кровь и др.-греч. εγκεφαλος — головной мозг) — полупроницаемый барьер между кровью и нервной тканью, препятствующий проникновению в мозг крупных или полярных молекул, а также клеток крови, в том числе иммунной системы. В физиологии и фармацевтике часто употребляется сокращение-аббревиатура ГЭБ .
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) защищает центральную нервную систему от проникновения химических соединений и разнообразных вредных агентов как за счёт обеспечения физического барьера, так и благодаря наличию в мембранах формирующих её клеток молекулярных насосов, направляющих нежелательные вещества из спинномозговой жидкости обратно в кровеносную систему.
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) регулирует транспорт из крови в мозг биологически активных веществ, метаболитов, химических веществ, препятствуя проникновению в ЦНС переносимых кровью чужеродных веществ, микроорганизмов, токсинов, нейромедиаторов, гормонов, антибиотиков.
У взрослого человека имеется два способа проникновения вещества через ГЭБ: основной, гематогенный, — через стенку капилляра и дополнительный, ликворный, — через цереброспинальную жидкость, служащей промежуточным звеном между кровью и нервной или глиальной клеткой. Через гематоэнцефалический барьер проникают либо молекулы небольшого размера (пример — кислород), либо растворимые в липидных компонентах мембран глиальных клеток (пример — молекулы спирта этанола), используя высокоспециализированные механизмы преодоления этого барьера. Например, вирусы бешенства и герпеса человека попадают в ЦНС, перемещаясь по нервным клеткам, а инкапсулированные бактерии и грибы имеют позволяющие проникать сквозь ГЭБ поверхностные компоненты. Некоторые вещества могут переноситься через гематоэнцефалический барьер путём активного транспорта.
Гематоэнцефалический барьер и выбор лекарств
В практической гастроэнтерологии проницаемость гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) важна при оценке побочных эффектов от применения конкретных препаратов при лечении заболеваний пищевода , желудка , двенадцатиперстной кишки и других органов. Предпочтение отдается препаратам, хуже преодалевающим гематоэнцефалический барьер.
Так, прокинетики I поколения церукал , реглан и другие (активное вещество метоклопрамид) и бимарал (активное вещество бромоприд) хорошо проникают через гематоэнцефалический барьер, а следующие поколения прокинетиков: мотилиум и мотилак (активное вещество домперидон) и ганатон и итомед (активное вещество итоприд) проникают через ГЭБ плохо. Поэтому последние со значительно меньшей вероятностью могут быть причиной экстрапирамидальных расстройств, таких как: спазмы лицевой мускулатуры, тризмы, ритмическая протрузия языка, бульбарный тип речи, спазмы экстраокулярных мышц, спастическая кривошея, опистотонус, мышечный гипертонус и другие.
Другие лекарства, проникающие и не проникающие через гематоэнцефалический барьер
Лекарства, из имеющих описание в настоящем справочнике, проникающие через гематоэнцефалический барьер: антимикробное средство (антибиотик) нифурател (торговое наименование лекарства Макмирор) и целый ряд других.Не проникают: антибактериальное средство (антибиотик) амоксициллин (торговые наименования: Амоксисар, Амоксициллин, Амоксициллин в капсулах 0,25 г, Амоксициллин Ватхэм, Амоксициллин ДС, Амоксициллин натрия стерильный, Амоксициллин Сандоз, Амоксициллин-ратиофарм, Амоксициллин-ратиофарм 250 ТС, Амоксициллина порошок для суспензии 5 г, Амоксициллина таблетки, Амоксициллина тригидрат, Амоксициллина тригидрат (Пуримокс), Амосин Гоноформ, Грамокс-Д, Грюнамокс, Данемокс, Оспамокс, Флемоксин Солютаб , Хиконцил , Экобол) и другие.
М.И. Савельева, Е.А. Сокова
4.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ И СВЯЗЬ С БЕЛКАМИ ПЛАЗМЫ КРОВИ
После получения доступа к системному кровотоку через один из путей введения, ксенобиотики распределяются в органах и тканях. Серии физических и физиологических процессов, которые происходят одновременно, зависят от физико-химических свойств ЛС и тем самым формируют различные способы распределения их в организме. Примеры физических процессов - простое разведение или растворение препарата во внутриклеточных и внеклеточных жидкостях. Примеры физиологических процессов - связывание с белками плазмы, доступность тканевых каналов и проникание препарата через различные барьеры организма. На распределение препаратов могут влиять следующие факторы:
Кровоток;
Степень связывания с белками плазмы;
Физико-химические особенности препаратов;
Степень (глубина) и протяжённость проникновения препаратов через физиологические барьеры;
Степень элиминации, благодаря чему препарат непрерывно удаляется из организма, и что составляет конкуренцию феномену распределения.
Кровоток
Кровоток - объём крови, достигающий определённого участка в организме за единицу времени. Отношение объём/время и величина кровотока в разных областях организма различаются. Полный кровоток равен 5000 мл/мин и соответствует сердечной пропускной способности в состоянии покоя. Сердечная пропускная способность (минутный объём сердца) - объём крови, накачанный сердцем за одну минуту. В дополнение к минутному объёму сердца существует такой важный фактор, как объём крови в различных частях системного кровообращения. В среднем сердце содержит 7% от общего объёма крови, лёгочная система - 9%, артерии - 13%, артериолы и капилляры - 7%, а вены, венулы и вся венозная система - остающиеся 64%. Через проницаемые стенки капилляров происходит обмен ЛС, питательных и других веществ с интерстициальной жидкостью органов/тканей, после чего капилляры сливаются с венулами, которые постепенно сходятся в большие вены. В результате транскапиллярного обмена препарат за счёт разницы в давлении (осмотическое и гидростатическое давление) между внутренней и внешней частью капилляра или градиента концентрации транспортируется сквозь капиллярную стенку в ткань. Доставка ксенобиотика к тем или иным областям организма зависит от скорости кровотока и места введения препарата.
Кровоток - основной фактор в распределении ЛС в организме человека, при этом градиент концентрации играет незначительную роль (или вообще не участвует) в массовой доставке препарата к органам и тканям. Кровоток существенно определяет скорость доставки ЛС к определённой области тела и отражает относительный темп роста концентрации ксенобиотика, при котором происходит установление равновесия между органом/тканью и кровью. Количество ЛС, сохранённого или распределённого в ткани, зависит от размера ткани и физико-химических особенностей препарата, коэффициента разделения между органом/тканью и кровью.
Феномен, ограничивающий кровоток (распределение, ограниченное перфузией; феномен ограниченной передачи; распределение, ограниченное проходимостью) - зависимость транскапиллярного обмена
и хранения препарата в ткани от физико-химических особенностей препарата.
Транскапиллярный обмен препаратов, ограниченный перфузией
Для того, чтобы дифференцировать между двумя типами распределения, предположим, что капилляр - это полый цилиндр с длиной L и радиусом r, в котором течёт кровь со скоростью ν в положительном направлении х. Концентрация препарата в ткани вокруг капилляра - C ткань , а концентрация в крови - C кровь . Препарат проходит через
капиллярную мембрану за счёт градиента концентрации между кровью и тканью. Рассмотрим участок или сегмент направления между х и х+dx, где различие в массе потока препарата между началом и концом сегмента dx равно массе потока сквозь капиллярную стенку. Запишем равенство в следующей форме (4-1):
то уравнение (4-4) примет вид:
Масса потока сквозь капиллярную стенку в ткань - J ткань в выра-
жении чистой массы потока, покидающего капилляр на определён- ной длине L (4-6):
Сделав преобразование уравнения (4-6) при помощи уравнения (4-5), получаем:
Найдём капиллярный клиренс:
Капиллярный клиренс - объём крови, из которого ксенобиотик распространяется в ткань в единицу времени. Экстракционное отношение (отношение извлечения) распределения:
Уравнение (4-9) может быть преобразовано:
Уравнение (4-10) показывает, что отношение извлечения выражает фракцию балансировки между концентрацией препарата в ткани, артериальных капиллярах, на венозной стороне капилляров. Сравним уравнения (4-5) и (4-10) получим, что капиллярный клиренс равен кровотоку умноженному на отношение извлечения.
Рассмотрим распределение, ограниченное диффузией (или распределение, ограниченное проходимостью). При Q>PS или C артерия ≈ C вена
препарат является слаболипофильным и отношение извлечения - меньше, чем единица, а распределение препарата ограничено очень быстрой диффузией через капиллярную мембрану. Определим массовую передачу препарата в ткань:
Движущая
сила для передачи ксенобиотика в ткань - градиент концентрации.
Рассмотрим распределение, ограниченное перфузией (или распределение,
ограниченное кровотоком). При Q
с концентрацией препарата на венозной стороне капилляров, и препарат является очень липофильным. Отношение извлечения равно или близко к единице, и потому поглощение препарата тканью термодинамически намного более выгодно, чем его присутствие в крови, а распределение ограничено лишь скоростью доставки препарата в ткань. Как только препарат достигает ткани, он немедленно поглощается. Определим массовую передачу препарата в ткань:
Связывание препаратов с белками
Связывание препаратов с белками плазмы значительно влияет на их распределение в организме. Малые молекулы ЛС, связанные с белками, могут легко проникать через барьеры. В связи с этим распределение ксенобиотика, связанного с белком, будет отличаться от распределения несвязанного препарата. Взаимодействие функциональных групп ЛС с мембранными или внутриклеточными рецепторами может быть коротким. Связывание с белком не только затрагивает распределение препарата в организме, но также влияет и на терапевтический результат. Поэтому необходимо использовать концентрацию свободного препарата в плазме для фармакокинетического анализа, регулирования режима дозирования и оптимального терапевтического эффекта.
Белковое связывание препаратов, используемых совместно с другими препаратами, может отличаться от препаратов, принимаемых по отдельности. Изменения в белковом связывании - результат замещения одного препарата другим в комплексе с белками плазмы. Подобное замещение может также произойти на клеточном уровне с другими белками и ферментами тканей. Замещение служит причиной увеличения свободной фракции препарата в плазме и ее накопления на участках рецептора пропорционально концентрации препарата. Важно отрегулировать режим дозирования препаратов при их совместном введении. Изменение белкового связывания препаратов - важная проблема, особенно для препаратов с узким терапевтическим диапазоном.
Белки плазмы, которые вовлечены во взаимодействие между белком и препаратом
Альбумин - основной белок плазмы и тканей, ответственный за связывание с препаратами, который синтезируется исключительно гепатоцитами печени. Молекулярная масса альбумина - 69 000 Da; жизнь полураспада равна приблизительно 17-18 дней. Белок в основном распространяется в сосудистой системе и, несмотря на большой молекулярный размер, дополнительно может распространяться в экст-раваскулярной зоне. Альбумин обладает отрицательно и положительно заряженными участками. Препарат взаимодействует с альбумином за счёт водородных связей (гидрофобное связывание) и сил Ван дер Вальса. Некоторые факторы, оказывающие на организм существенное влияние, например, беременность, хирургическое вмешательство, возраст, межэтнические и расовые различия - могут влиять на взаимодействие препаратов с альбумином. Почки не фильтруют альбумин, и поэтому препараты, которые связаны с альбумином, также не фильтруются. Степень связывания влияет не только на распределение препарата, но и на почечную элиминацию, метаболизм препарата. Только свободный препарат может быть захвачен гепатоцитами печени. Поэтому, чем больше процент связанного с белком препарата, тем ниже печёночное поглощение и уровень метаболизма препарата. Как было упомянуто ранее, степень лекарственного связывания с альбумином плазмы может также быть значительно изменена путём введения других препаратов, которые замещают основной препарат, в результате чего увеличивается концентрация свободного препарата в плазме.
Другие белки плазмы - фибриноген, глобулины (γ- и β 1 -глобулин - трансферин), церулоплазмин и α- и β-липопротеины. Фибриноген и его полимеризованная форма фибрин вовлечены в формирование кровяных сгустков. Глобулины, а именно, γ-глобулины - антитела, взаимодействующие с определёнными антигенами. Трансферин участвует в транспорте железа, церулоплазмин вовлечён в передачу меди, а α- и β-липопротеины - курьеры жирорастворимых компонентов.
Оценка параметров связывания белка
Связывание препаратов с белками плазмы обычно определяют в пробирке при физиологических условиях рН и температуре тела. Методы определения - диализ равновесия, динамический диализ, ультрафильтрация, гелевая фильтрационная хроматография, ультрацентри-
фугирование, микродиализ и несколько новых и быстро развивающихся методологий для экспериментов высокой пропускной способности. Цель - оценить концентрацию свободного препарата, находящегося в равновесии с комплексом белка и препарата. Отобранная методология и условия эксперимента должны быть такими, чтобы стабильность комплекса и равновесие были сохранены, а концентрация свободного препарата не была переоценена из-за слишком быстрого разрушения комплекса при измерении. После этого большинство комплексов препарата с белком держатся вместе за счёт слабого химического взаимодействия, электростатического типа (силы Ван дер Вальса), а водородное связывание имеет тенденцию к отделению при повышенных: температуре, осмотическом давлении и нефизиологическом рН.
Обычный метод диализа плазмы, или белкового раствора с рН 7,2-7,4 не эффективен при различных концентрациях препарата. Смесь после диализации становится изотонической вместе с NaCl [при 37°С через мембрану диализа с молекулярными сокращениями примерно 12 000-14 000 Dа против эквивалентного объёма фосфатных буферов (≈67, рН 7,2-7,4)]. Мембрану диализа в форме сумки, содержащей белок и препарат, помещают в буферный раствор. Изготовленная заводским способом изменённая версия сумки имеет два отделения, которые разделены мембраной диализа. Равновесие свободного препарата, проходящего сквозь мембрану, обычно достигается приблизительно за 2-3 ч. Концентрацию свободного препарата измеряют на стороне буфера, т.е. вне сумки или отделения, разделённого мембраной, которая должна быть равна концентрации свободного препарата внутри сумки или отделения; концентрация свободного препарата в сумке должна быть в равновесии с препаратом, прикреплённым к белку. При диализе используют раствор альбумина или чистый образец плазмы, содержащий альбумин. Параметры связывания препарата - свободная фракция или ассоциированная постоянная, которую можно определить, используя закон действия масс:
где К а - константа ассоциации; C D - концентрация свободного препарата в молекулах; C Pr - концентрация белка со свободными участками прикрепления; C DP - концентрация комплекса препарата с белком; k 1 и k 2 - константы уровня прямых и обратных реакций,
соответственно. Реципрокные связи постоянны и известны как диссоциация констант (4-14):
Величина ассоциированной постоянной К а представляет степень связывания препарата с белком. Препараты, которые связываются с белками плазмы экстенсивно, обычно имеют большую константу ассоциации. На основании уравнения (4-14) можно определить концентрацию комплекса препарата с белком:
Если концентрация общего белка (С) в начале эксперимента в пробирке известна, а концентрация комплекса препарата с белком (C) оценена экспериментально, тогда можно определить концентрацию свободного белка (С Pr), находящегося в равновесии с комплексом:
Замена уравнения (4-15) уравнением (4-16) для С Pr приводит:
Преобразуем уравнение (4-18):
При установлении C DP / С PT (число молей прикреплённого препарата на моль белка для равновесия) равно r, т.е. r = C DP / С PT , тогда уравнение (4-19) видоизменится:
При умножении уравнения (4-20) на n (n - число участков прикрепления на моль белка) получим уравнение Лангмура:
Уравнение Лангмура (Langmuir) (4-21) и график r против C D приводит к гиперболической изотерме (рис. 4-1). Упростим уравнение (4-21). Возьмём уравнение Лангмура (4-21) в обратном виде. Двойное реципрокное уравнение (4-22) показывает, что график 1/r против 1/C D является линейным с наклоном, равным 1/nK a и точкой пересечения по оси ординат 1/n (рис. 4-2):
Рис. 4-1.
Изотерма
Лангмура. По оси ординат - число молей препарата, прикреплённого на
моль белка; по оси абсцисс - концентрация свободного препарата
Путём преобразования уравнения (4-21) можно получить два варианта линейного уравнения:
График Скатчарда (Scatchard) описывает отношение между r/C D и r как прямую линию с наклоном, равным ассоциативной константе К а (рис. 4-3). Точка пересечения с осью х равна числу связанных участков п, точка пересечения с осью у равна пК a ..
Кроме того, уравнение (4-21) можно перестроить для обеспечения прямолинейных взаимоотношений в терминах концентраций свободного и связанного препарата:
Рис. 4-2.
Двойной реципрокный график Клотца
Уравнение (4-21) показывает взаимоотношения между реципрокным r
(моли связанного препарата на моль белка) и C D
Рис. 4-3.
Линейный график CDP/CD (отношение связанных участков к свободному препарату) против CDP (концентрация связанного препарата)
(концентрация свободного препарата). Точка пересечения с осью у - реципрокное от числа связанных участков на моль белка, а отношение наклона к точке пересечения у - ассоциативная константа равновесия.
График c dp /c d против c dp -
линия с наклоном, равным -К а и точкой пересечения по оси ординат nKC PT . Данное уравнение используют, если концентрация белка неизвестна. Оценка К а базируется на концентрации препарата, измеренной в буферном отсеке. Определение препарата, связанного с белком, основывают на оценке свободной фракции
График Скатчарда (Scatchard) (рис. 4-4) - прямая линия (для одного типа связанных участков).
Уравнение Лангмура для нескольких типов связанных участков:
где n 1 и К а1 - параметры одного типа идентично связанных участков; n 2 и К а2 - параметры второго типа идентично связанных участков и так далее. Например, остаток аспарагиновой или глютаминовой кислоты, -СОО - , может быть одним типом связанного участка, а -S - - остаток цистеина или -NH 2± - остаток гистидина - второй тип связанного участка. Когда препарат имеет сродство с двумя типами связанных участков, то график
Рис. 4-4.
График Скатчарда
Скатчарда r/D против r представляет не прямую линию, а кривую (рис. 4-5). Экстраполяция начальных и конечных линейных сегментов кривой приводит к прямым линиям, которые соответствуют уравнениям:
Рис. 4-5.
График Скатчарда
График Скатчарда представляет связывание с белком двух различных классов участков. Кривая представляет первые два элемента
уравнения (4-26), которые определены как прямые линии - продолжения линейных сегментов начальных и конечных частей кривой. Линия 1 представляет высокое сродство (аффинность) и низкую вместимость связующих участков, а линия 2 - низкое сродство и высокую вместимость связующих участков.
Когда сродство и вместимость двух связующих участков различные, то линия с большей точкой пересечения у и меньшей точкой пересечения х определяет высокое сродство и низкую вместимость участков, тогда как линия с меньшей точкой пересечения у и большей точкой пересечения х определяет низкое сродство и высокую вместимость связующих участков.
4.2. ПРОНИКНОВЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ ЧЕРЕЗ ГИСТОГЕМАТИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ
Большинство ЛС после абсорбции и попадания в кровь распределяются в разные органы и ткани неравномерно и не всегда удается достичь желаемой концентрации препарата в органе-мишени. Существенное влияние на характер распределения ЛС оказывают гистогематические барьеры, которые встречаются на пути их распределения. В 1929 году академик Л.С. Штерн впервые на Международном физиологическом конгрессе в Бостоне доложила о существовании в
организме физиологических защитных и регулирующих гистогематических барьеров (ГГБ). Было доказано, что физиологический гистогематический барьер является комплексом сложнейших физиологических процессов, происходящих между кровью и тканевой жидкостью. ГГБ регулируют поступление из крови в органы и ткани необходимых для их деятельности веществ и своевременное выведение конечных продуктов клеточного метаболизма, обеспечивают постоянство оптимального состава тканевой (внеклеточной) жидкости. Одновременно ГГБ препятствуют поступлению из крови в органы и ткани чужеродных веществ. Особенностью ГГБ является его избирательная проницаемость, т.е. способность пропускать одни вещества и задерживать другие. Большинство исследователей признают существование специализированных физиологических ГГБ, которые имеют важное значение для нормальной жизнедеятельности отдельных органов и анатомических структур. К ним относятся: гематоэнцефалический (между кровью и центральной нервной системой), гематоофтальмический (между кровью и внутриглазной жидкостью), гематолабиринтный (между кровью и эндолимфой лабиринта), барьер между кровью и половыми железами (гематоовариальный, гематотестикулярный). «Барьерными» свойствами, защищающими развивающийся плод, обладает и плацента. Основными структурными элементами гистогематических барьеров являются эндотелий кровеносных сосудов, базальная мембрана, в состав которой входит большое количество нейтральных мукополисахаридов, основное аморфное вещество, волокна и т.д. Структура ГГБ определяется в значительной степени особенностями строения органа и варьирует в зависимости от морфологических и физиологических особенностей органа и ткани.
Проникновение лекарственных средств через гематоэнцефалический барьер
Основными интерфейсами между ЦНС и периферическим кровообращением являются гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и гематоликворный барьеры. Площадь поверхности ГЭБ составляет примерно 20 м 2 , и в тысячи раз превышает площадь гематоликворного барьера, поэтому ГЭБ является основным барьером между ЦНС и системным кровообращением. Наличие в мозговых структурах ГЭБ, отделяющего циркуляцию от интерстициального пространства и препятствующего поступлению ряда полярных соединений непосредственно в паренхиму мозга, обусловливает особенности лекарственной тера-
пии нейрологических заболеваний. Проницаемость ГЭБ определяют эндотелиальные клетки капилляров мозга, которые имеют эпителиальноподобные, высокорезистентные плотные контакты, что исключает парацеллюлярные пути флуктуации веществ через ГЭБ, и проникновение ЛС в мозг зависит от трансцеллюлярного транспорта. Определенное значение имеют и глиальные элементы, выстилающие наружную поверхность эндотелия и, очевидно, играющие роль дополнительной липидной мембраны. Липофильные ЛС в основном легко диффундируют через ГЭБ, в противоположность гидрофильным ЛС, пассивный транспорт которых ограничен высокорезистентными плотными контактами эндотелиацитов. Определяющее значение в проникновении через гематоэнцефалический барьер имеет коэффициент растворимости в жирах. Типичным примером являются общие анестетики - быстрота их наркотического эффекта прямо пропорциональна коэффициенту растворимости в жирах. Углекислый газ, кислород и липофильные вещества (к которым относят большинство анестетиков) легко проходят через ГЭБ, в то время как для большинства ионов, белков и крупных молекул (например, маннитола) он практически непроницаем. В капиллярах мозга практически отсутствует пиноцитоз. Существуют и другие пути проникновения соединений через ГЭБ, опосредованно через рецептор, с участием специфических переносчиков. Было показано, что в эндотелии капилляров мозга экспрессируются специфические рецепторы для некоторых из циркулирующих пептидов и белков плазмы. Пептидная рецепторная система ГЭБ включает рецепторы для инсулина, трансферрина, липопротеинов и др. Транспорт крупных белковых молекул обеспечивается путем их активного захвата. Установлено, что проникновение ЛС и соединений в мозг может осуществляться путем активного транспорта с участием активных «вкачивающих» и «выкачивающих» транспортных систем (рис. 4.6). Это дает возможность контролировать селективный транспорт ЛС через ГЭБ и ограничивать их неселективное распределение. Открытие «выкачивающих» транспортеров - гликопротеина-Р (MDR1), транспортеров семейства протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP), протеина резистентности рака груди (BCRP) внесло значительный вклад в понимание транспорта ЛС через ГЭБ. Было показано, что гликопротеин-Р ограничивает транспорт ряда веществ в головной мозг. Он расположен на апикальной части эндотелиацитов и осуществляет выведение из мозга в просвет сосудов преимущественно гидрофильных катио-
Рис. 4.6.
Транспортеры, вовлеченные в транспорт ЛС через ГЭБ (Ho R.H., Kim R.B., 2005)
нов ЛС, например, цитостатиков, антиретровирусных препаратов и др. Значение гликопротеина-Р в ограничении транспорта ЛС через ГЭБ можно продемонстрировать на примере лоперамида, который по механизму действия на рецепторы желудочно-кишечного тракта является потенциальным опиоидным препаратом. Однако эффекты на ЦНС (эйфория, угнетение дыхания) отсутствуют, так как лоперамид, являясь субстратом гликопротеина-Р, не проникает в ЦНС. В присутствие же ингибитора mdrl хинидина, центральные эффекты лоперамида нарастают. Транспортеры из семейства MRP расположены либо на базальной, либо на апикальной части эндотелиацитов. Эти транспортеры выводят глюкуронированные, сульфатированные или глютатионированные конъюгаты ЛС. В эксперименте было установлено, что белок MRP2 множественной лекарственной устойчивости участвует в функционировании ГЭБ и ограничивает активность противоэпилептических ЛС.
В эндотелиацитах капилляров мозга экспрессированы некоторые члены семейства транспортеров органических анионов (ОАТ3), которые также играют важную роль в распределении ряда ЛС в ЦНС. ЛС-субстратами этих транспортеров являются, например фексофенадин, индометацин. Экспрессия изоформ полипептидов, транспортирующих органические анионы (ОАТР1А2) в ГЭБ, имеет важное значение для проникновения ЛС в мозг. Однако полагают, что экспрессия «выкачивающих» транспортеров (MDR1, MRP, BCRP) является причиной ограниченного фармакологического доступа ЛС в мозг и в другие ткани, когда концентрация может быть ниже той, которая необходима для достижения желаемого эффекта. Значительное
количество митохондрий в эндотелии капилляров головного мозга указывает на способность к поддержанию энергозависимых и метаболических процессов, доступных для активного транспорта ЛС через ГЭБ. В эндотелиальных клетках капилляров мозга были обнаружены ферменты, способные к окислению, конъюгации соединений для защиты самих клеток и соответственно мозга от возможных токсических воздействий. Таким образом, существует, по крайней мере, две причины, ограничивающие поступление ЛС в ЦНС. Во-первых, это структурные особенности ГЭБ. Во-вторых, ГЭБ включает активную метаболическую систему ферментов и систему «выкачивающих» транспортеров, что формирует биохимический барьер для большинства ксенобиотиков. Эта комбинация физических и биохимических свойств эндотелия ГЭБ предотвращает поступление в мозг более чем 98% потенциальных нейротропных ЛС.
Факторы, влияющие на транспорт ЛС в мозг
Фармакодинамические эффекты эндогенных веществ и заболевания влияют на функции ГЭБ, приводя к изменениям транспорта ЛС в мозг. Различные патологические состояния могут нарушать проницаемость гистогематических барьеров, например, при менингоэнцефалите резко повышается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что вызывает различного рода нарушения целостности окружающих тканей. Увеличение проницаемости ГЭБ наблюдается при рассеянном склерозе, болезни Альцгеймера, деменции у ВИЧ-инфицированных больных, энцефалитах и менингитах, при повышенном артериальном давлении, психических нарушениях. Значительное количество нейромедиаторов, цитокинов, хемокинов, периферических гормонов, воздействие активных форм О 2 способны изменять функции и проницаемость ГЭБ. Например, гистамин, воздействуя на Н 2 -рецепторы, обращенные в просвет части эндотелиальных клеток, увеличивает проницаемость барьера для низкомолекулярных веществ, что связано с нарушением плотных контактов между эпителиальными клетками. Проницаемость гистогематических барьеров можно изменять направленно, что находит применение в клинике (например, для повышения эффективности химиотерапевтических препаратов). Снижение барьерных функций ГЭБ за счет нарушения структуры плотных контактов используют для доставки ЛС в мозг, например, применение маннитола, мочевины. Осмотическое «открывание» ГЭБ позволяет обеспечить у пациентов с первичной лимфомой
мозга и глиобластомой увеличение транспорта в мозг в течение ограниченного периода времени цитостатиков (например, метотрексата, прокарбазина). Более щадящим методом воздействия на ГЭБ является его «биохимическое» открывание, основанное на способности простагландинов, медиаторов воспаления увеличивать порозность сосудов головного мозга. Принципиально иной возможностью увеличения доставки ЛС в мозг является использование пролекарств. Наличие в головном мозге специфических транспортных систем доставки компонентов его жизнеобеспечения (аминокислот, глюкозы, аминов, пептидов) позволяет их использовать с целью направленного транспорта гидрофильных ЛС в мозг. Поиск средств для транспорта полярных соединений, характеризущихся низкой проницаемостью через ГЭБ, постоянно расширяется. Многообещающим в этом плане может оказаться создание транспортных систем на основе природных катионных белков - гистонов. Считают, что прогресс в области создания новых эффективных ЛС может быть достигнут на основе совершенствования методов отбора перспективных химических соединений и оптимизации путей доставки препаратов пептидной и белковой природы, а также генетического материала. Исследования показали, что определенные наночастицы способны транспортировать в мозг соединения пептидной структуры (деларгин), гидрофильные вещества (тубокурарин), препараты, «выкачиваемые» из мозга гликопротеином-Р (лоперамид, доксорубицин). Одним из перспективных направлений в создании препаратов, проникающих через гистагематические барьеры, является разработка наносфер на основе модифицированного диоксида кремния, способных обеспечивать эффективную доставку в клетки-мишени генетического материала.
Транспорт ЛС через гематоплацентарный барьер
Существовавшее ранее предположение о том, что плацентарный барьер обеспечивает естественную защиту плода от воздействия экзогенных веществ, и в том числе ЛС, справедливо лишь в ограниченной степени. Плацента человека является сложной транспортной системой, которая действует как полупроницаемый барьер, разделяющий материнский организм от плода. Во время беременности плацента регулирует в плодно-материнском комплексе обмен веществ, газов, эндогенных и экзогенных молекул, включая лекарственные средства. В ряде исследований было показано, что плацента морфологически и функционально выполняет роль органа, ответственного за транспорт ЛС.
Плацента человека состоит из плодных тканей (хорионическая пластина и хорионическая ворсинка) и материнских (децидуальная оболочка). Децидуальные перегородки разделяют орган на 20- 40 котиледонов, которые представляют структурно-функциональные сосудистые единицы плаценты. Каждый котиледон представлен ворсинчатым деревом, состоящим из эндотелия капилляров плода, ворсинчатой стромы и трофобластного слоя, омывающихся кровью матери, находящейся в межворсинчатом пространстве. Внешний слой каждого ворсинчатого дерева сформирован многоядерным синцитиотрофобластом. Поляризованный синцитиотрофобластный слой, состоящий из микроворсинчатой апикальной мембраны, обращенной в кровь матери, и базальной (плодной) мембраны представляет собой гемоплацентарный барьер для трансплацентарного транспорта большинства веществ. Во время течения беременности толщина плацентарного барьера уменьшается, главным образом за счет исчезновения цитотрофобластного слоя.
Транспортная функция плаценты определяется главным образом плацентарной мембраной (гематоплацентарным барьером), имеющей толщину около 0,025 мм, которая разделяет систему кровообращения матери и систему кровообращения плода.
В физиологических и патологических условиях плацентарный обмен веществ следует рассматривать в качестве активной функции плацентарной мембраны, которая осуществляет избирательный контроль над прохождением через нее ксенобиотиков. Перенос ЛС через плаценту можно рассматривать на основании изучения тех же механизмов, которые функционируют при прохождении веществ через другие биологические мембраны.
Хорошо известно, что плацента выполняет многочисленные функции, такие, как газообмен, перенос питательных веществ и продуктов распада, продуцирование гормонов, функционируя как активный эндокринный орган, жизненно необходимый для успешной беременности. Такие питательные вещества, как глюкоза, аминокислоты и витамины проходят через плаценту путем особых транспортных механизмов, которые протекают в материнской части апикальной мембраны и плодной части базальной мембраны синцитиотрофобласта. В то же время удаление продуктов метаболизма из системы кровообращения плода через плаценту в систему кровообращения матери происходит также путем особых транспортных механизмов. Для некоторых соединений плацента служит протективным барьером для развивающегося плода, препятствующим попаданию раз-
личных ксенобиотиков от матери к плоду, в то время как для других она облегчает их прохождение как к плоду, так и из плодного компартмента.
Транспорт ЛС в плаценте
Известно пять механизмов трансплацентарного обмена: пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, фагоцитоз и пиноцитоз. Последние два механизма имеют относительное значение в транспорте ЛС в плаценте, а для большинства ЛС характерен активный транспорт.
Пассивная диффузия - доминирующая форма обмена веществ в плаценте, которая позволяет молекуле перемещаться вниз по градиенту концентрации. Количество ЛС, перемещающееся через плаценту путем пассивной диффузии в любой промежуток времени, зависит от концентрации его в плазме крови матери, его физико-химических свойств и свойств плаценты, которые определяют, насколько быстро это происходит.
Процесс этой диффузии регулируется законом Фика.
Однако скорость пассивной диффузии насколько мала, что равновесная концентрация в крови матери и плода не устанавливается.
Плацента похожа на двухслойную липидную мембрану и, таким образом, только фракция ЛС, не связанная с белком, может свободно диффундировать через нее.
Пассивная диффузия характерна для низкомолекулярных, жирорастворимых, преимущественно неионизированных форм ЛС. Липофильные вещества в неионизированной форме с легкостью диффундируют через плаценту в кровь плода (антипирин, тиопентал). Скорость переноса через плаценту зависит главным образом от концентрации неионизированной формы того или иного ЛС при данном значении РН крови, жирорастворимости и от размера молекул. ЛС с молекулярной массой > 500 Da часто не полностью проходят через плаценту, а ЛС с молекулярной массой > 1000 Da проникают через плацентарную мембрану медленнее. Например, различные гепарины (3000-15000 Da) не проходят через плаценту из-за относительно высокой молекулярной массы. Большинство же ЛС имеют молекулярную массу > 500 Da, поэтому размеры молекулы редко лимитируют их прохождение через плаценту.
В основном ЛС - это слабые кислоты или основания и их диссоциация происходит при физиологическом значении рН. В ионизированной форме ЛС обычно не может пройти через липидную мембрану
плаценты. Различие между рН плода и матери влияет на соотношение концентраций плод/мать для свободной фракции лекарственного средства. В обычных условиях рН плода практически не отличается от материнского рН. Однако при определенных условиях значение рН плода может значительно снижаться, в результате чего уменьшается транспорт основных ЛС от плода в материнский компартмент. Например, изучение плацентарного переноса лидокаина по MEGX-тесту показало, что концентрация лидокаина у плода выше, чем у матери во время родов, что может вызывать нежелательные эффекты у плода или новорожденного.
Облегченная диффузия
Этот механизм транспорта характерен для небольшого количества ЛС. Нередко этот механизм дополняет пассивную диффузию, например, в случае ганцикловира. Для облегченной диффузии не требуется энергии, необходима субстанция-переносчик. Обычно, результатом этого вида транспорта ЛС через плаценту является одинаковая концентрация в плазме крови матери и плода. Этот механизм транспорта специфичен в основном для эндогенных субстратов (например, гормоны, нуклеиновые кислоты).
Активный транспорт ЛС
Исследования молекулярных механизмов активного транспорта ЛС через плацентарную мембрану показали его важную роль в функционировании гематоплацентарного барьера. Этот механизм транспорта характерен для ЛС, имеющих структурное сходство с эндогенными веществами. При этом процесс переноса веществ зависит не только от размера молекулы, но также и от наличия веществаносителя (транспортера).
Активный транспорт ЛС через плацентарную мембрану протеиновым насосом требует энергетических затрат, обычно за счет гидролиза АТФ или энергии трансмембранного электрохимического градиента катионов Na+, Cl+ или Н+. Все активные транспортеры могут работать против градиента концентрации, но могут становиться и нейтральными.
Активные транспортеры ЛС расположены либо на материнской части апикальной мембраны, либо на плодной части базальной мембраны, где они осуществляют транспорт ЛС в синцитиотрофобласт
или из него. Плацента содержит транспортеры, которые способствуют перемещению субстратов из плаценты в кровообращение матери или плода («выкачивающие»), а также транспортеры, которые перемещают субстраты и в плаценту и из нее, таким образом способствуя транспорту ксенобиотиков в плодный и материнский компартменты и из них («вкачивающие»/«выкачивающие»). Существуют транспортеры, которые регулируют перемещение субстратов только в плаценту («вкачивающие»).
Исследования последнего десятилетия были посвящены изучению «выкачивающих транспортеров» как «активного компонента» плацентарного «барьера». Это - гликопротеин-Р (MDR1), семейство протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP) и протеина резистентности рака груди (BCRP). Открытие этих транспортеров внесло значительный вклад в понимание трансплацентарной фармакокинетики.
Гликопротеин-Р - трансмембранный гликопротеин, кодирующийся человеческим геном множественной лекарственной резистентности MDR1, экспрессирован на материнской стороне плацентарной мембраны синцитиотрофобласта, где он осуществляет активное выведение липофильных лекарственных средств из плодного компартмента за счет энергии АТФ гидролиза. Гликопротеин-Р является «выкачивающим» транспортером, активно удаляя ксенобиотики из системы кровообращения плода в систему кровообращения матери. Гликопротеин-Р обладает широким субстратным спектром, переносит липофильные препараты, нейтральные и заряженные катионы, которые принадлежат к различным фармакологическим группам, включая антимикробные (например, рифампицин), противовирусные (например, ВИЧ-ингибиторы протеаз), антиаритмические лекарственные средства (например, верапамил), противоопухолевые (например, винкристин).
В апикальной мембране синцитиотрофобласта выявлена экспрессия трёх видов «выкачивающих» транспортеров из семейства MRP (MRP1-MRP3), которые участвуют в транспорте многих субстратов ЛС и их метаболитов: метатрексат, винкристин, винбластин, цисплатин, противовирусные препараты, парацетамол, ампициллин и др.
В плаценте обнаружена высокая активность АТФ-зависимого протеина резистентности рака груди (BCRP). BCRP может активизировать резистентность опухолевых клеток к противоопухолевым препаратам - топотекану, доксорубицину и др. Было показано, что
плацентарный BCRP ограничивает транспорт топотекана и митоксантрона к плоду у беременных мышей.
Транспортёры органических катионов
Транспортер двух органических катионов (OCT2) экспрессирован в базальной мембране синцитиотрофобласта и переносит через плаценту карнитин из системы кровообращения матери в кровь плода. ЛС-субстратами плацентарного OCT2 являются метамфетамин, хинидин, верапамил и пириламин, которые конкурируют с карнитином, ограничивая его прохождение через плаценту.
Монокарбоксилатные и дикарбоксилатные транспортёры
Монокарбоксилаты (лактат) и дикарбоксилаты (сукцинат) активно транспортируются в плаценте. Монокарбоксилатные транспортёры (MCTs) и дикарбоксилатные транспортёры (NaDC3) экспрессированы в апикальной мембране плаценты, хотя MCTs могут присутствовать также в базальной мембране. Эти транспортёры перемещаются за счет электрохимического градиента; MCTs связаны с перемещением катионов Н + , а NaDC3 - с Na + . Однако сведения о потенциале влияния этих транспортёров на перемещение ЛС через плаценту немногочислены. Так, вальпроевая кислота, несмотря на очевидный риск токсического влияния на плод, включая тератогенность, часто применяется для лечения эпилепсии во время беременности. При физиологическом значении рН вальпроевая кислота легко проникает через плаценту и соотношение концентрации плод/мать составляет 1,71. Исследования ряда авторов показали, что существует активная транспортная система для вальпроевой кислоты. Эта транспортная система включает катионы Н + - связанные MCT, которые вызывают высокую скорость перемещения вальпроевой кислоты к плоду через плацентарный барьер. Хотя вальпроевая кислота конкурирует с лактатом, но оказалось, что она одновременно является субстратом и для других транспортёров.
Таким образом, для некоторых соединений плацента служит протективным барьером для развивающегося плода, препятствующим попаданию различных ксенобиотиков от матери к плоду, в то время как для других она облегчает их прохождение как к плоду, так и из плодного компартмента, в целом функционируя как система детоксикации ксенобиотиков. Ведущую роль в процессе активного транс-
порта ЛС через плаценту осуществляют плацентарные транспортёры, обладающие субстратной специфичностью.
В настоящее время вполне очевидно, что понимание и знание роли различных транспортёров в перемещении ЛС через гематоплацентарный барьер необходимо для оценки вероятного воздействия ЛС на плод, а также для оценки соотношения польза/риск для матери и плода при проведении фармакотерапии во время беременности.
Транспорт ЛС через гематоофтальмический барьер
Гематоофтальмический барьер (ГОБ) выполняет барьерную функцию в отношении прозрачных сред глаза, регулирует состав внутриглазной жидкости, обеспечивая избирательное поступление в хрусталик и роговицу необходимых питательных веществ. Клинические исследования позволили уточнить и расширить понятие о гематоофтальмическом барьере, включив в него гистагематическую систему, а также говорить о существовании в норме и патологии трёх его составляющих: иридоцилиарной, хориоретинальной и папиллярной (табл. 4.1.).
Таблица 4.1. Гематоофтальмический барьер
Кровеносные
капилляры в глазу непосредственно не соприкасаются с клетками и
тканями. Весь сложнейший обмен между капиллярами и клетками происходит
через интерстициальную жидкость на ультраструктурном уровне и
характеризуется как механизмы капиллярной, клеточной и мембранной
проницаемости.
Транспорт ЛС через гематотестикулярный барьер
Нормальная функция сперматогенных клеток возможна только благодаря наличию особого, обладающего селективной проницаемостью гематотестикулярного барьера (ГТБ) между кровью и содержимым семенных канальцев. ГТБ образован эндотелиоцитами капилляров, базальной мембраной, собственной оболочкой семенных канальцев, цитоплазмой клеток Сертоли, интерстициальной тканью и белочной оболочкой яичек. Липофильные ЛС проникают через ГТБ путем диффузии. Исследования последних лет показали, что проникновение ЛС и соединений в яички может осуществляться путём активного транспорта при участии гликопротеина-Р (MDR1), транс- портёров семейства протеинов, ассоциированных с множественной лекарственной устойчивостью (MRP1, MRP2), протеина резистентности рака груди BCRP (ABCG2), которые осуществляют эффлюксную роль в яичках для ряда ЛС, в том числе и токсичных (например, циклоспорин).
Проникновение ЛС через овариальный гематофолликулярный барьер
Основными структурными элементами овариального гематофолликулярного барьера (ГФБ) являются тека-клетки созревающего фолликула, фолликулярный эпителий и его базальная мембрана, которые обуславливают его проницаемость и селективные свойства по отношению к гидрофильным соединениям. В настоящее время показана роль гликопротеина-Р (MDR1) как активного компонента ГФБ, осуществляющего протективную роль, препятствуя проникновению ксенобиотиков в яичники.
Литература
Аляутдин Р.Н. Молекулярные механизмы направленного транспорта лекарственных веществ в мозг // РМЖ. - 2001. - ? 2. - С. 3-7.
Бредбери М. Концепция гематоэнцефалического барьера: Пер. с англ. - М., 1983.
Горюхина О.А. Перспективы применения катионных белков для транспорта лекарственных средств в ткань мозга. Биохимические и молекулярно-биологические основы физиологических функций: Сб. ст. - СПб., 2004. - С. 168-175.
Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты. - М., 2004.
Морозов В.И., Яковлев А.А. Гематоофтальмический барьер (клинические и функциональные наблюдения) // Офтальмохирургия. -
2002. - ? 2. - С. 45-49.
Штерн Л. Физиология и патология гистогематических барьеров. -
Allen J.D., Brinkhuis R.F., Wijnholds J. et al. The mouse Bcrp1/Mxr/Abcp gene: amplification and overexpression in cell lines selected for resistance to topotecan, mitoxantrone, or doxorubicin // Cancer Res. - 1999. - Vol. 59. -
Allikmets R, Schriml L.M., Hutchinson A. et al. A human placenta-specific ATP-binding cassette gene (ABCP) on chromosome 4q22 that is involved in multidrug resistance // Cancer Res. - 1998. - Vol. 58. - P. 5337-53379.
Balkovetz D.F., Leibach F.H., Mahesh V.B. et al. A proton gradient is the driving force for the uphill transport of lactate in human placental brush-border membrane vescicles // J. Biol. Chem. - 1988. - Vol. 263. -
Black K.L. Biochemical opening of the blood-brain barrier // Adv. Drug Deliv. Rev. - 1995. - Vol. 15. - P. 37-52.
Blamire A.M., Anthony D.C., Rajagopalan B. et al. Interleukin-1beta-induced changes in blood-brain barrier permeability, apparent diffusion coefficient, and cerebral blood volume in the rat brain: a magnetic resonance study // J. Neurosci. - 2000. - Vol. 20. - ? 21. - P. 8153-8159.
Borst P., Evers R, Kool M. et al. The multidrug resistance protein family //
Biochim. Biophys. Acta. - 1999. - Vol. 1461. - ? 2. - P. 347-357.
Cavalli R. de, Lanchote V.L., Duarte G. et al. Phrmacokinetics and transplacental transfer of lidocain and its metobolite for perineal analgesic assistance to pregnant women // Eur. J. Clin. Pharmacol. - 2004. - Vol. - 60. - ? 8. -
Collier A.C., Tingle M.D., Keelan J.A. et al. A highly sensitive fluorescent microplate method for the determination of UDP-glucuronosyl transferase activity in tissues and placental cell lines // Drug Metab. Dispos. - 2000. -
Vol. 28. - P. 1184-1186.
de Boer A.G., Gaillard P.J. The blood-brain barrier and drug transport to the brain // STP Pharmasci. - 2002. - Vol. 12. - ? 4. - P. 229-234.
Evseenko D., Paxton J WW., Keelan J.A. Active transport across human placenta: impact on drug efficacy and toxity // Exp. Opin. Metab. Toxicol. - 2006. - Vol. 2. - ? 1. - P. 51-69.
Forestier F, Daffos F, Capella-Pavlovsky M. Low molecular weight heparin (PK 10169) does not cross the placenta during the second trimester of pregnancy study by direct fetal blood sampling under ultrasound // Thromb.
Res. - 1984. - Vol. 34. - P. 557-560.
Forestier F., Daffos F., Rainaut M. et al. Low molecular weight heparin (CY 216) does not cross the placenta during the third trimester of pregnancy // Thromb. Haemost. - 1987. - Vol. 57. - P. 234.
Fromm M.F. Importance of P-glycoprotein at blood-tissue barriers //
Ganapathy V., Ganapathy M.E., Tiruppathi C. et al. Sodium driven, highaffinity, uphill transport of succinate in human placental brush-border membrane vesicles // Biochem. J. - 1988. - Vol. 249. - P. 179-184
Ganapathy V., Prasad P.D., Ganapathy M.E. et al. Placental transporters relevant to drug distribution across the maternal-fetal interface // J. Pharmacol.
Exp. Ther. - 2000. - Vol. 294. - P. 413-420.
Garland M. Pharmacology of drug transfer across the placenta // Obstet. Gynecol. Clin. North Am. - 1998. - Vol. 25. - P. 21-42.
Goodwin J.T., Clark D.E. In silico predictions of blood-brain barrier penetration: considerations to «Keep in mind» // J. Pharmacol. Exp.Ther. - 2005. - Vol. 315. - P. 477-483.
Gordon-Cardo C., O"Brien J.P., Casals D.et al. Multidrug-resistance gene (P-glycoprotein) is expressed by endothelial cells at the blood-brain barrier sites // Proc. Natl Acad. Sci. - 1989. - Vol. 86. - P. 695-698.
Graff C.L., Pollack G.M. Drug transport at the blood-brain barrier and the
choroids plexus // Curr. Drug Metab. - 2004. - Vol. 5. - P. 95-108.
Hahn T., Desoye G. Ontogeny of glucose transport systems in the placenta and its progenitor tissues // Early Pregnancy. - 1996. - Vol. 2. -
Heidrun P., Maren F., Wolfgang L. Multidrug resistance protein MRP2 contributes to blood-brain barrier function and restricts antiepileptic
drug activity // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 2003. - Vol. 306. - ? 1. - P. 124-131.
Henderson G.I., Hu Z.Q., Yang Y. et al. Ganciclovir transfer by human placenta and its effects on rat fetal cells // Am. J. Med. Sci. - 1993. -
Vol. 306. - P. 151-156.
Hill M.D., Abramson F.P. The significance of plasma protein binding on the fetal/maternal distribution of drugs at steady-state // Clin. Pharmacokinet. -
1988. - Vol. 14. - P. 156-170.
Ho R.H., Kim R.B. Transporters and drug therapy: implications for drug disposition and disease // Clin. Pharmacol. Ther. - 2005. - Vol. 78. -
Jonker J.W., Smit J.W., Brinkhuis R.F. et al. Role of breast cancer resistance protein in the bioavailability and fetal penetration of topotecan // J. Natl
Cancer Inst. - 2000. - Vol. 92. - P. 1651-1656.
Konig J., Nies A.T., Cui Y. et al. Conjugate export pumps of the multidrug resistance protein (MRP) family: localization, substrate specificity, and MRP2-mediated drug resistance // Biochim. Biophys. Acta. - 1999. -
Vol. 1461. - P. 377-394.
Lagrange P., Romero I.A., Minn A. et al. Transendothelial permeability changes induced by free radicals in an in vitro model of the bloodbrain barrier// Free Radic. Biol. Med. - 1999. - Vol. 27, ? 5-6. -
Lee G., Dallas S., Hong M. et al. Drug transporters in the central nervous system: brain barriers and brain parenchyma considerations // Pharmacol. Rev. - 2001. - Vol. 53. - ? 4. - P. 569-596.
Lehr C.-M. Drug transport at biological barriers: Mechanisms, models and methods in advancing drug delivery // Pharm. Res. - 2003. - Vol. 54. -
Leslie E.M., Deeley R.G., Cole S.P. Multidrug resistance proteins: role of P-glycoprotein, MRP1, MRP2, and BCRP (ABCG2) in tissue defense // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 2005, May 1. - Vol. 204. - ? 3. -
Malone F.D., D"Alton M.E. Drugs in pregnancy: anticonvulsants // Semin. Perinatol. - 1997. - Vol. 21. - P. 114-123.
Mattila K.M., Pirtila T., Blennow K. et al. Altered blood-brain barrier function in Alzheimer"s disease? // Acta Neurol. Scand. - 1994. -
Vol. 89. - P. 192-198.
Muller N. Psychoneuroimmunology: implications for the drug treatment of psychiatric disorders // CNS Drugs. - 1995. - Vol. 4. - ? 2. - P. 125-140.
Nakamura H, Ushigome F, Koyabu N. et al. Proton gradient-dependent transport ofvalproic acid in human placental brush-border membrane vesicles //
Pharm. Res. - 2002. - Vol. 19. - P. 154-161.
Nau H. Physicochemical and structural properties regulating placental drug transfer // Fetal placental drug transfer / Eds R.A. Polin, W.W. Fox // Fetal and neonatal physiology / Eds R.A. Polin, W.W. Fox. - Philadelphia: W.B. Saunders, 1992. - P. 130-141.
Pacifici G.M., Nottoli R. Placental transfer of drugs administered to the
mother // Clin. Pharmacokinet. - 1995. - Vol. 28. - ? 3. - P. 235-269.
Pardridge W.M. Blood-brain barrier delivery // Drug Discov. Today. - 2007, Jan. - Vol. 12. - ? 1-2. - P. 54-61.
Pardridge W.M., Log B.B. PS products and in silico models of drug brain
penetration // Drug Discov. Today. - 2004. - Vol. 9. - P. 392-393.
Pienimaki P., Lampela E., Hakkola J. et al. Pharmacokinetics of oxcarbazepine and carbamazepine in human placenta // Epilepsia. - 1997. -
Vol. 38. - P. 309-316.
Sadeque A.J., Wandel C., He H. et al. Increased drug delivery to the brain by P-glycoprotein inhibition // Clin. Pharmacol. Ther. - 2000. - Vol. 68. -
Schinkel A.H., Borst P. Multidrug resistance mediated by P-glycoproteins // Semin. Cancer Biol. - 1991. - Vol. 2. - P. 213-226.
Schinkel A.H., Wagenaar E., Mol C.A. et al. P-glycoprotein in the bloodbrain barrier of mice influences the brain penetration and pharmacology activity of many dugs // J. Clin. Invest. - 1996. - Vol. 97. - P. 2517-2524.
Seeds A.E. Placental transfer // Intrauterine Development / Ed. A.C. Barnes. - Philadelphia: Lea and Febiger, 1968. - P. 103-128.
Smith C.H., Moe A.J., Ganapathy V. Nutrient transport pathways across the epithelium of the placenta // Annu. Rev. Nutr. - 1992. - Vol. 12. -
Syme M.R., Paxton J.W., Keelan J.A. Drug transfer and metabolism by the human placenta // Clin. Pharmacokinet. - 2004. - Vol. 43. - ? 8. - P. 487-514.
Tamai I., Tsuji A. Transporter-mediated permeation of drugs across
the blood-brain barrier // J. Pharm. Sci. - 2000. - Vol. 89. - ? 11. - P. 1371-1388.
Takeda M., Khamdang S., Narikawa S. et al. Characterization of methotrexate transport and its drug interactions with human organic anion transporters //
J. Pharmacol. Exp. Ther. - 2002. - Vol. 302. - P. 666-671.
Thiebaut F., Tsuruo T., Yamada H. et al. Cellular localisation of the multidrug resistance gene product in normal human tissues // Proc. Natl Acad. Sci. USA- 1987. - Vol. 84. - P. 7735-7738.
Thuerauf N., Fromm M.F. The role of the transporter P-glycoprotein for disposition and effects of centrally acting drugs and for the pathogenesis of CNS diseases // Eur. Arch. Psychiatry Clin. Neurosci. - 2006, Aug. -
Vol. 256. - ? 5. - P. 281-286.
Tsao N., Hsu H.P., Wu C.M. et al. Tumor necrosis factor-alpha causes an increased in blood-brain barrier permeability during sepsis // J. Med. Microbiol. - 2001. - Vol. 50. - ? 9. - P. 812-821.
Tsuji A. The blood-brain barrier and Drug Delivery to the CNS // -
Tunkela A., Scheld W.M. Pathogenesis and pathophysiology of bacterial meningitis // Ann. Rev. Med. - 1993. - Vol. 44. - P. 103-120.
Ushigome F., Takanaga H., Matsuo H. et al. Uptake mechanism of valproic acid in human placenta choriocarcinoma cell line (BeWo) // Eur. J.
Pharmacol. - 2001. - Vol. 417. - P. 169-176.
Utoguchi N., Audus K.L. Carrier-mediated transport of valproic acid in BeWo cells, a human trophoblast cell line // Int. J. Pharm. - 2000. - Vol. 195. - P. 115-124.
Ward R.M. Drug therapy of the fetus // J. Clin. Pharmacol. - 1993. -
Vol. 33. - P. 780-789.
Williams K.S., Hickey W.F. Immunology of multiple sclerosis // Clin. Neurosci. - 1994. - Vol. 2. - P. 229-245.
Wu X., Huang W., Prasad P.D. Functional characteristics and tissue distribution pattern of organic cation transporter 2 (OCT2), an organic cation/ carnitine transporter // J. Pharmacol. Exp. Ther. - 1999. - Vol. 290. -
Zhang Y., Han H., Elmquist W.F. Expression of various multi-drug resistance associated protein (MRP) homologues in brain microvessel endothelial
Актуальность . Существование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) является необходимым и наиболее важным условием для нормального функционирования центральной нервной системы (ЦНС), поэтому одной из ключевых задач, решение которой имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение, является изучение механизмов функционирования ГЭБ. Известно, что физиологическая проницаемость ГЭБ уступает место патологической при различных видах патологии ЦНС (ишемия, гипоксия головного мозга, травмы и опухоли, нейродегенеративные заболевания), причем изменения проницаемости носят избирательный характер и зачастую являются причиной неэффективности фармакотерапии.
Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) - осуществляет активное взаимодействие между кровотоком и ЦНС, являясь высоко-организованной морфо-функциональной системой, локализованной на внутренней мембране сосудов головного мозга и включающей [1 ] церебральные эндотелиоциты и [2 ] комплекс поддерживающих структур: [2.1 ] базальную мембрану, к которой со стороны ткани мозга прилежат [2.2 ] перициты и [2.3 ] астроциты (имеются сообщения о том, что аксоны нейронов, которые содержат вазоактивные нейротрансмиттеры и пептиды, также могут вплотную граничить с эндотелиальными клетками, однако эти взгляды разделяются не всеми исследователями). За редким исключением ГЭБ хорошо развит во всех сосудах церебрального микроциркуляторного русла диаметром менее 100 мкм. Эти сосуды, включающие в себя собственно капилляры, а также пре- и посткапилляры, объединяются в понятие микрососуды.
Обратите внимание
!
Только у небольшого количества образований головного мозга (около 1 - 1,5%) ГЭБ отсутствует. К таким образованиям относят: хориоидальные сплетения (основное), эпифиз, гипофиз и серый бугор. Однако и в этих структурах существует гематоликворный барьер, но иного строения.
читайте также пост: Нейроглия (на сайт)
ГЭБ выполняет барьерную (ограничивает транспорт из крови в мозг потенциально токсичных и опасных веществ: ГЭБ - высокоселективный фильтр), транспортную и метаболическую (обеспечивает транспорт газов, питательных веществ к мозгу и удаление метаболитов), иммунную и нейросекреторную функции, без которых невозможно нормальное функционирование ЦНС.
Эндотелиоциты . Первичной и важнейшей структурой ГЭБ являются эндотелиоциты церебральных микрососудов (ЭЦМ), которые значительно отличаются от аналогичных клеток других органов и тканей организма. Именно им отводится [!!! ] основная роль непосредственной регуляции проницаемости ГЭБ. Уникальными структурными характеристиками ЭЦМ являются: [1 ] наличие плотных контактов, соединяющих мембраны соседних клеток, как замок «молния», [2 ] высокое содержание митохондрий, [3 ] низкий уровень пиноцитоза и [4 ] отсутствие фенестр. Данные барьерные свойства эндотелия обусловливают очень высокое трансэндотелиальное сопротивление (от 4000 до 8000 W/см2 in vivo и до 800 W/см2 в кокультурах эндотелиоцитов с астроцитами in vitro) и практически полную непроницаемость монослоя барьерного эндотелия для гидрофильных веществ. Необходимые ЦНС питательные вещества (глюкоза, аминокислоты, витамины и пр.), а также все белки транспортируются через ГЭБ только активно (т.е. с затратой АТФ): либо путем рецептор-опосредованного эндоцитоза, либо с помощью специфических транспортеров. Основные отличия эндотелиоцитов ГЭБ и периферических сосудов представлены в таблице:
Кроме указанных особенностей, ЭЦМ ГЭБ секретируются вещества, регулирующие функциональную активность стволовых клеток ЦНС в постнатальном периоде: лейкемия ингибирующий фактор - LIF, нейротрофический фактор мозга - BDNF, костный морфоген - BMP, фактор роста фибробластов - FGF и др. ЭЦМ формируют и так называемое трансэндотелиальное электрическое сопротивление - барьер для полярных веществ и ионов.
Базальная мембрана . ЭЦМ окружает и поддерживает экстрацеллюлярный матрикс, который отделяет их от периэндотелиальных структур. Другое название данной структуры - базальная мембрана (БМ). Отростки астроцитов, окружающих капилляры, а также перициты внедрены в базальную мембрану. Экстрацеллюлярный матрикс является НЕклеточным компонентом ГЭБ. В состав матрикса входят ламинин, фибронектин, различные типы коллагенов, тенасцин и протеогликаны, экспрессируемые перицитами и эндотелиоцитами. БМ обеспечивает механическую поддержку окруженных ею клеток, отделяя эндотелиоциты капилляров от клеток ткани мозга. Кроме этого, она обеспечивает субстрат для миграции клеток, а также выступает в роли барьера для макромолекул. Адгезия клеток к БМ определяется интегринами - трансмембранными рецепторами, которые соединяют элементы цитокселета клетки с экстрацеллюлярным матриксом. БМ, окружая эндотелиоциты сплошным слоем, является последней физической преградой транспорту крупномолекулярных веществ в составе ГЭБ.
Перициты . Перициты являются удлиненными клетками, расположенными вдоль продольной оси капилляра, которые своими многочисленными отростками охватывают капилляры и посткапиллярные венулы, контактируют с эндотелиальными клетками, а также аксонами нейронов. Перициты передают нервный импульс от нейрона на эндотелиоциты, что приводит к накоплению или потере клеткой жидкости и, как следствие, изменению просвета сосудов. В настоящее время перициты считаются мало-дифференцированными клеточными элементами, участвующими в ангиогенезе, эндотелиальной пролиферации и воспалительных реакциях. Они оказывают стабилизирующий эффект на новые сформировавшиеся сосуды и приостанавливают их рост, влияют на пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток.
Астроциты . Работа всех транспортных систем ГЭБ контролируется астроцитами. Эти клетки окутывают своими окончаниями сосуды и контактируют непосредственно с эндотелиоцитами, оказывают существенное влияние на формирование плотных контактов между эндотелиоцитами и определяют свойства эндотелиоцитов ГЭБ. При этом эндотелиоциты приобретают способность к повышенной экструзии ксенобиотиков из ткани мозга. Астроциты, также как и перициты, являются посредниками в передаче регулирующих сигналов от нейронов к эндотелиоцитам сосудов через кальций-опосредованные и пуринергические взаимодействия.
Нейроны . Капилляры головного мозга иннервируются норадрен-, серотонин-, холин- и ГАМКергическими нейронами. При этом нейроны входят в состав нейроваскулярной единицы и оказывают существенное влияние на функции ГЭБ. Они индуцируют экспрессию ГЭБ-ассоциированных белков в эндотелиоцитах головного мозга, регулируют просвет сосудов головного мозга, проницаемость ГЭБ.
Обратите внимание ! Перечисленные выше структуры (1 - 5) составляют первый, [1 ] физический, или структурный компонент ГЭБ. Второй, [2 ] биохимический компонент, образован транспортными системами, которые расположены на люминальной (обращенной в просвет сосуда) и аблюминальной (внутренней или базальной) мембране эндотелиоцита. Транспортные системы могут осуществлять как перенос веществ из кровотока к мозгу (influx), так и/или обратный перенос из ткани мозга в кровоток (efflux).
Читайте также :
статья «Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний ЦНС. Часть 1: Строение и формирование гематоэнцефалического барьера» Блинов Д.В., ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ, Москва (журнал «Эпилепсия и пароксизмальные состояния» №3, 2013) [читать ];
статья «Современные представления о роли нарушения резистентности гематоэнцефалического барьера в патогенезе заболеваний ЦНС. Часть 2: Функции и механизмы повреждения гематоэнцефалического барьера» Блинов Д.В., ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава РФ, Москва (журнал «Эпилепсия и пароксизмальные состояния» №1, 2014) [читать ];
статья «Основные функции гематоэнцефалического барьера» А.В. Моргун, Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого (Сибирский медицинский журнал, №2, 2012) [читать ];
статья «Фундаментальные и прикладные аспекты изучения гематоэнцефалического барьера» В.П. Чехонин, В.П. Баклаушев, Г.М. Юсубалиева, Н.Е. Волгина, О.И. Гурина; Кафедра медицинских нанобиотехнологий РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Москва; ФГБУ «Государственный научный центр социальной и судебной психиатрии им. В.П. Сербского» МЗ РФ (журнал «Вестник РАМН» №8, 2012) [читать ];
статья «Проницаемость гематоэнцефалического барьера в норме, при нарушении развития головного мозга и нейро-дегенерации» Н.В. Кувачева и соавт., Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Министерства здравоохранения РФ, Красноярск (Журнал неврологии и психиатрии, №4, 2013) [читать ]
читайте также пост: Нейроваскулярная единица (на сайт)
© Laesus De Liro
Уважаемые авторы научных материалов, которые я использую в своих сообщениях! Если Вы усматривайте в этом нарушение «Закона РФ об авторском праве» или желаете видеть изложение Вашего материала в ином виде (или в ином контексте), то в этом случае напишите мне (на почтовый адрес: [email protected] ) и я немедленно устраню все нарушения и неточности. Но поскольку мой блог не имеет никакой коммерческой цели (и основы) [лично для меня], а несет сугубо образовательную цель (и, как правило, всегда имеет активную ссылку на автора и его научный труд), поэтому я был бы благодарен Вам за шанс сделать некоторые исключения для моих сообщений (вопреки имеющимся правовым нормам). С уважением, Laesus De Liro.
Posts from This Journal by “нейроанатомия” Tag
Иннервация промежности
СПРАВОЧНИК НЕВРОЛОГА Промежность (perineum) - это область между [нижним краем] лобкового симфиза [точнее дугообразной связкой лобка]…
Сосудистое сплетение головного мозга
… остается одной из наименее изученных структур головного мозга, а проблемы физиологической и патологической ликворо-динамики, представляющие…
Когнитивный резерв
Нельзя быть слишком старым человеком, чтобы улучшать работу вашего мозга. Самые последние исследования показывают, что резерв мозга можно…
Гематоэнцефалический барьер исключительно важен для обеспечения гомеостаза головного мозга, однако многие вопросы, касающиеся его формирования, все еще окончательно не выяснены. Но уже сейчас совершенно ясно, что ГЭБ представляет собой максимально выраженный по дифференцированности, сложности и плотности гистогематический барьер. Основная структурная и функциональная его единица - эндотелиальные клетки капилляров мозга.
Метаболизм мозга, как никакого другого органа, зависит от веществ, поступающих с кровотоком. Многочисленные кровеносные сосуды, обеспечивающие работу нервной системы, отличаются тем, что процесс проникновения веществ через их стенки является избирательным. Эндотелиальные клетки капилляров головного мозга соединены между собой непрерывными плотными контактами, поэтому вещества могут проходить только через сами клетки, но не между ними. К наружной поверхности капилляров прилегают клетки глии - второго компонента гематоэнцефалического барьера. В сосудистых сплетениях желудочков мозга анатомической основой барьера являются эпителиальные клетки, также плотно соединенные между собой. В настоящее время гематоэнцефалический барьер рассматривается не как анатомо-морфологическое, а как функциональное образование, способное избирательно пропускать, а в ряде случаев и доставлять к нервным клеткам с помощью активных механизмов транспорта различные молекулы. Таким образом, барьер выполняет регуляторную и защитную функции
В головном мозге есть структуры, в которых гематоэнцефалический барьер ослаблен. Это, прежде всего, гипоталамус, а также ряд образований на дне 3-го и 4-го желудочков - самое заднее поле (area postrema), субфорникальный и субкомиссуральный органы, а также шишковидное тело. Целостность ГЭБ нарушается при ишемических и воспалительных поражениях мозга.
Гематоэнцефалический барьер считается окончательно сформировавшимся, когда свойства этих клеток будут удовлетворять двум условиям. Во-первых, скорость жидкофазного эндоцитоза (пиноцитоза) в них должна быть крайне низкой. Во-вторых, между клетками должны формироваться специфические плотные контакты, для которых характерно очень высокое электрическое сопротивление. Оно достигает величин 1000-3000 Ом/см 2 для капилляров мягкой мозговой оболочки и от 2000 до 8000 0м/см2 для интрапаренхимальных мозговых капилляров. Для сравнения: средняя величина трансэндотелиального электрического сопротивления капилляров скелетной мышцы составляет всего 20 Ом/см2.
Проницаемость гематоэнцефалического барьера для большинства веществ в значительной степени определяется их свойствами, а также способностью нейронов синтезировать эти вещества самостоятельно. К веществам, которые могут преодолевать этот барьер, относятся, прежде всего, кислород и углекислый газ, а также различные ионы металлов, глюкоза, незаменимые аминокислоты и жирные кислоты, необходимые для нормального функционирования мозга. Транспорт глюкозы и витаминов осуществляется с использованием переносчиков. Вместе с тем D- и L-глюкоза обладают различной скоростью проникновения через барьер - у первой она более чем в 100 раз выше. Глюкоза играет главную роль как в энергетическом обмене мозга, так и в синтезе ряда аминокислот и белков.
Ведущим фактором, определяющим функционирование гематоэнцефалического барьера, является уровень метаболизма нервных клеток.
Обеспечение нейронов необходимыми веществами осуществляется не только с помощью подходящих к ним кровеносных капилляров, но и благодаря отросткам мягкой и паутинной оболочек, по которым циркулирует цереброспинальная жидкость. Цереброспинальная жидкость находится в полости черепа, в желудочках мозга и пространствах между оболочками мозга. У человека ее объем составляет около 100-150 мл. Благодаря цереброспинальной жидкости поддерживается осмотическое равновесие нервных клеток и удаляются продукты метаболизма, токсичные для нервной ткани.
Прохождение веществ через гематоэнцефалический барьер зависит не только от проницаемости для них сосудистой стенки (молекулярной массы, заряда и липофильности вещества), но также и от наличия или отсутствия системы активного транспорта.
Стереоспецифичным инсулиннезависимым транспортером глюкозы (GLUT-1), обеспечивающим перенос этого вещества через гематоэнцефалический барьер, богаты эндотелиальные клетки капилляров мозга. Активность данного транспортера может обеспечить доставку глюкозы в количестве, в 2-3 раза превышающем то, которое требуется мозгу в нормальных условиях.
Характеристика транспортных систем гематоэнцефалического барьера (по: Pardridge, Oldendorf, 1977)
У детей с нарушением функционирования этого транспортера отмечается значительное снижение уровня глюкозы в цереброспинальной жидкости и нарушения в развитии и работе мозга.
Монокарбоновые кислоты (L-лактат, ацетат, пируват), а также кетоновые тела транспортируются отдельными стереоспецифичными системами. Хотя интенсивность их транспорта ниже, чем транспорта глюкозы, они являются важным метаболическим субстратом у новорожденных и при голодании.
Транспорт холина в центральную нервную систему также опосредуется переносчиком и может регулироваться скоростью синтеза ацетилхолина в нервной системе.
Витамины мозгом не синтезируются и поставляются из крови с помощью специальных транспортных систем. Несмотря на то что эти системы обладают сравнительно низкой транспортной активностью, в нормальных условиях они могут обеспечивать транспорт необходимого для мозга количества витаминов, однако их дефицит в пище способен приводить к неврологическим расстройствам. Некоторые белки плазмы также могут проникать через гематоэнцефалический барьер. Одним из способов их проникновения является трансцитоз, опосредованный рецепторами. Именно так проникают через барьер инсулин, трансферрин, вазопрессин и инсулинподобный фактор роста. Эндотелиальные клетки капилляров мозга имеют специфические рецепторы к этим белкам и способны осуществлять эндоцитоз белок-рецепторного комплекса. Важно, что в результате последующих событий комплекс распадается, интактный белок может выделяться на противоположной стороне клетки, а рецептор вновь встраиваться в мембрану. Для поликатионных белков и лектинов способом проникновения через ГЭБ также является трансцитоз, однако он не связан с работой специфических рецепторов.
Многие нейромедиаторы, присутствующие в крови, не способны проникать через ГЭБ. Так, дофамин не обладает этой способностью, в то время как L-ДОФА проникает через ГЭБ с помощью системы транспорта нейтральных аминокислот. Кроме того, клетки капилляров содержат ферменты, метаболизирующие нейромедиаторы (холинестераза, ГАМК-трансаминаза, аминопептидазы и др.), лекарственные и токсические вещества, что обеспечивает защиту мозга не только от циркулирующих в крови нейромедиаторов, но и от токсинов.
Гистогематический барьер - это совокупность морфологических структур, физиологических и физико-химических механизмов, функционирующих как единое целое и регулирующих потоки веществ между кровью и органами.
Гистогематические барьеры участвуют в поддержании гомеостаза организма и отдельных органов. Благодаря наличию гистогематических барьеров каждый орган живет в своей особой среде, которая может значительно отличаться от по составу отдельных ингредиентов. Особенно мощные барьеры имеются между и мозгом, кровью и тканью половых желез, кровью и влагой камер глаза, кровью матери и плода.
Гистогематические барьеры различных органов имеют как различия, так и ряд общих черт строения. Непосредственный контакт с кровью во всех органах имеет слой барьера, образованный эндотелием кровеносных капилляров. Кроме того, структурами ГГБ являются базальная мембрана (средний слой) и адвентициальные клетки органов и тканей (наружный слой). Гистогематические барьеры, изменяя свою проницаемость для различных веществ, могут ограничивать или же облегчать их доставку к органу. Для ряда токсичных веществ они непроницаемы, в чем проявляется их защитная функция.
Важнейшие механизмы, обеспечивающие функционирование гистогематических барьеров, далее рассматриваются на примере гематоэнцефалического барьера, наличие и свойства которого врачу особенно часто приходится учитывать при применении лекарственных препаратов и различных воздействий на организм.
Гематоэнцефалический барьер
Гематоэнцефалический барьер - это совокупность морфологических структур, физиологических и физико-химических механизмов, функционирующих как единое целое и регулирующих потоки веществ между кровью и тканью мозга.
Морфологической основой гематоэнцефалического барьера являются эндотелий и базальная мембрана мозговых капилляров, интерстициальные элементы и гликокаликс, астроциты нейроглии, охватывающие своими ножками всю поверхность капилляров. В перемещении веществ через гематоэнцефалический барьер участвуют транспортные системы эндотелия капиллярных стенок, включающие везикулярный транспорт веществ (пино- и экзоцитоз), транспорт через каналы с участием или без участия белков-переносчиков, ферментные системы, модифицирующие или разрушающие поступающие вещества. Уже упоминалось, что в нервной ткани функционируют специализированные транспортные системы воды, использующие белки-аквапорины AQP1 и AQP4. Последние формируют водные каналы, регулирующие образование цереброспинальной жидкости и обмен воды между кровью и тканью мозга.
Капилляры мозга отличаются от капилляров других органов тем, что эндотелиальные клетки образуют непрерывную стенку. В местах контакта наружные слои эндотелиальных клеток сливаются, образуя так называемые «плотные контакты».
Гематоэнцефалический барьер выполняет для мозга защитную и регулирующую функции. Он защищает мозг от действия ряда веществ, образующихся в других тканях, чужеродных и токсичных веществ, участвует в транспорте веществ из крови в мозг и является важнейшим участником механизмов гомеостаза межклеточной жидкости мозга и ликвора.
Гематоэнцефалический барьер обладает избирательной проницаемостью для различных веществ. Некоторые биологически активные вещества, например катехоламины, практически не проходят через этот барьер. Исключение составляют лишь небольшие участки барьера на границе с гипофизом, эпифизом и некоторыми участками , где проницаемость гематоэнцефалического барьера для многих веществ высокая. В этих областях обнаружены пронизывающие эндотелий каналы и межэндотелиальные щели, по которым идет проникновение веществ из крови во внеклеточную жидкость мозговой ткани или в сами . Высокая проницаемость гематоэнцефалического барьера в этих областях позволяет биологически активным веществам (цитокинам, ) достигать тех нейронов гипоталамуса и железистых клеток, на которых замыкается регуляторный контур нейроэндокринных систем организма.
Характерной чертой функционирования гематоэнцефалического барьера является возможность изменения его проницаемости для ряда веществ в различных условиях. Тем самым гематоэнцефалический барьер способен, регулируя проницаемость, изменять взаимоотношения между кровью и мозгом. Регуляция осуществляется за счет изменения числа открытых капилляров, скорости кровотока, изменения проницаемости клеточных мембран, состояния межклеточного вещества, активности клеточных ферментных систем, пино- и экзоцитоза. Проницаемость ГЭБ может существенно нарушаться в условиях ишемии мозговой ткани, инфицирования, развития воспалительных процессов в нервной системе, ее травматическом повреждении.
Считается, что гематоэнцефалический барьер, создавая значительное препятствие для проникновения многих веществ из крови в мозг, вместе с тем хорошо пропускает такие же вещества, образовавшиеся в мозге, в обратном направлении — из мозга в кровь.
Проницаемость гематоэнцефалического барьерадля различных веществ сильно отличается. Жирорастворимые вещества, как правило, проникают через ГЭБ легче, чем водорастворимые . Легко проникают кислород, углекислый газ, никотин, этиловый спирт, героин, жирорастворимые антибиотики (хлорамфеникол и др.)
Нерастворимые в липидах глюкоза и некоторые незаменимые аминокислоты не могут проходить в мозг путем простой диффузии. Углеводы узнаются и транспортируются специальными переносчиками GLUT1 и GLUT3. Эта транспортная система настолько специфична, что различает стереоизомеры D- и L-глюкозы: D-глюкоза транспортируется, а L-глюкоза — нет. Транспорт глюкозы в ткань мозга нечувствителен к инсулину, но подавляется цитохалазином В.
Переносчики участвуют в транспорте нейтральных аминокислот (например, фенилаланина). Для переноса ряда веществ используются механизмы активного транспорта. Например, за счет активного транспорта против градиентов концентрации переносятся ионы Na + , К+ , аминокислота глицин, выполняющая функцию тормозного медиатора.
Таким образом, перенос веществ с использованием различных механизмов осуществляется не только через плазматические мембраны, но и через структуры биологических барьеров. Изучение этих механизмов необходимо для понимания сути регуляторных процессов в организме.
