Bariera hematoencefalică

download Bariera hematoencefalică

of 12

Transcript of Bariera hematoencefalică

Bariera hematoencefalic

Nea-mpratu Mihaela Facultatea de Medicin General Anul I, Seria A, Grupa 8

1

Cuprins:1. Definiie 2. Istoric 3. Structura i funcionarea barierei hematoencefalice 3.1. Introducere 3.2. Bariera snge-lichid cefalorahidian 3.3. Bariera hematoencefalic 3.4. Funcionarea barierei hematoencefalice 4. Boli care implic bariera hemato-encefalic 4.1. Meningit 4.2. Epilepsie 4.3. Scleroza n plci 4.4. Boala somnului 4.5. Leucoencefalopatie multifocal progresiv 4.6. Boala Alzheimer

2

1. DefiniieBARIERA HEMATOENCEFALIC / barriere hemato-encepha-lique / blood-brain barrier denumire a caracteristicilor capilarelor cerebrale care prezint o permeabilitate extrem de restrictiv, datorit creia se previne ptrunderea unor substane din sange n creier i n lichidul cefalorahidian. Spre deosebire de capilarele obinuite, la nivelul crora celulele endoteliului capilar prezint jonciuni deschise de tip gap, celulele endoteliate ale capilarelor cerebrale prezint jonciuni impermeabile. Ca urmare, trecerea substanelor (ioni, molecule) n creier este controlat strict, deoarece se produce la nivelul membranelor celulelor endoteliale. n definirea BHE trebuie luate n considerare dou structuri pericapilare, membranele bazale i mansonul de celule componente ale nevrogliei, ndeosebi astrocitele. Permeabilitatea BHE poate crete n unele boli. Alteori, aceasta este modificat artificial pentru facilitarea ptrunderii unor ageni terapeutici. Abrev.: BHE, BBB (engl.). [1]

2. IstoricPaul Ehrlich, un fost bacteriolog studia colorarea, o procedur utilizat n multe studii microscopice pentru a spori contrastul. Petele i coloranii sunt frecvent utilizai n biologie i medicin pentru a evidenia structurile din esuturile biologice, de multe ori cu ajutorul unor microscoape diferite. Petele pot fi utilizate pentru a defini i a examina majoritatea esuturilor (evideniind, de exemplu, fibrele musculare sau esutul conjunctiv), populaiile de celule (clasificnd celulele sanguine, de exemplu), sau organite n interiorul celulelor individuale. [2] Cnd Ehrlich a injectat unii dintre aceti colorani (n special, colorani anilin care au fost apoi utilizai pe scar larg), acetia au ptat toate organele, cu excepia creierului. La acel timp, Ehrlich a considerat c motivul pentru care creierul nu se coloreaz este pentru c nu capteaz la fel de mult colorant. Cu toate acestea, mai trziu, ntr-un experiment, n 1913, Edwin Goldmann (unul dintre studenii lui Ehrlich) a injectat colorant direct n lichidul cefalorahidian din creierul animalelor.. El a descoperit c, n acest caz, creierul s-a colorat, dar restul corpului nu. Acest lucru a demonstrat n mod clar existena unui fel de compartimentare ntre cele dou. La acea vreme, s-a crezut c vasele de snge nsele erau responsabile pentru barier, deoarece nicio membran evident nu a fost gsit.. Conceptul de barier hemato-encefalic a fost propus de Lina Stern n 1921, dar nu a fost recunoscut pn la introducerea microscopului electronic de scanare n domeniile de cercetare medical, n anii 1960, cnd membrana a putut fi observat i s-a dovedit c exist. Se credea c este mai probabil ca astrocitele s formeze bariera hematoencefalic datorit proceselor dense ale acestora care nconjurau celulele endoteliate, dect celulele endoteliale ale BBB (blood-brain barrier) nsele. [3]

3

[4]

Fig. 1 - Paul Fig. 2 - Edwin Goldmann [5]

Ehrlich

3. Structura i funcionarea barierei hematoencefalice3.1. Introducere Corpul nostru este format din organe i sisteme de organe individuale, care necesit condiii diferite, dar constante, s funcioneze; cum ar fi: elemente nutritive, hormoni i electrolii. Toate organele corpului sunt conectate ntre ele prin sistemul circulator. Avnd n vedere c sngele conine toate componentele necesare pentru a oferi organismului ceea ce are nevoie i pentru purificarea proceselor, sistemele de filtrare trebuie s se asigure c substanele necesare trec prin organe i c unele substane sunt parial oprite. Unele dintre barierele de snge cunoscute sunt: bariera snge-esut, bariera hemato-hepatic , bariera sange-lichid cefalorahidian,bariera hemato-encefalic, bariera lichidul cefalorahidian-creier, bariera hemato-nervoas, bariera hemato-retin, precum i bariera placentar. Acest mecanism de filtrare funcioneaz cu un aa-numit efect de barier, acest lucru nseamn c anumite substane pot traversa bariera, iar altele sunt restricionate, n cazul n care sistemul de organe nu are nevoie de componente sau are nevoie de ele numai n concentraii mici. Aceste bariere nu sunt organe independente, dar sunt formate din multe celule i spaii dintre celule care s permit gazelor sanguine, nutrienilor, precum i anumitor substane chimice s traverseze barierele. Acestea sunt constituite din pori, care nu permit trecerea macromoleculelor, sau ar putea fi membrane lipidice situate n pereii vasculari care au un efect de inhibare asupra permeabilitii lipidelor insolubile n ap sau care au efectul selectiv de a lua parte n mod activ n cadrul proceselor de transport capilar. Creierului i esutul nervos sunt protejate prin dou sisteme de filtrare, bariera snge-lichid cefalorahidian i bariera hematoencefalic. [6]

4

3.2 Bariera snge-lichid cefalorahidian Lichidul cefalorahidian (LCR), cerebrospinalis Liquor, este un lichid clar care ocup spaiul subarachnoid i sistemul ventricular n jurul i n interiorul creierului. n esen, creierul "pluteste" n el. [7]

Fig. 3. LCR este produs n interiorul ventriculilor, adnc n creier. LCR circul n interiorul creierului i al mduvei spinrii i apoi n afar, ctre spaiul subarachnoid. Frecvente site-uri de obstrucie: 1) din foramen Monro, 2) din apeduct Sylvius, i 3) obex. [8]

n timpul producerii de lichid cefalorahidian, ca i atunci cnd substanele trec din snge n fluid, au loc filtrarea, difuzia i transferul activ de dioxid de carbon, glucoz i aminoacizi. Acest schimb de substane este reglat de bariera snge-lichid cefalorahidian, care se formeaz din celulele endoteliale ale capilarelor i suprafaa creierului i poate fi ntlnit ntre vasele de snge i spaiul lichidului cefalorahidian. Diferitele concentraii de glucoz, proteine i electrolii n snge i n LCR sunt reglate de aceste funcii de filtrare n scopul de a menine concentraiile optime n creier. [6]

5

Fig. 4. barierei hematoencefalice i a strnsei jonciuni ntre celulele endoteliale [9]

Localizarea

3.3 Bariera hematoencefalic n cadrul sistemului nervos central spaiul dintre neuroni este aproape complet umplut cu celule gliale i prelungirile lor. Metabolismului ntregii celule nervoase are loc prin intermediul acestor celule gliale - sau celule endoteliale, al cror scop este de a instala celulele i fibrele nervoase, precum i de a le hrni i izola. Un tip de celule gliale sunt astrocitele. Un tip de astrocite are numeroase ramificaii ale prelungirilor care ader la pereii capilarelor i un alt tip acoper capilarele pe toate laturile, cptuind celulele endoteliale. Aceste celule endoteliale sunt unite prin elemente conjunctive, sau jonciuni strnse (a se vedea diagrama) i sunt echipate cu o substan cu permeabilitate selectiv care permite trecerea numai a particulelor cu un diametru mai mic de 20nm.[6]

6

Fig. 5. - Reprezentarea schematic a barierei hematoencefalice: a. spaial, b. transversal surs: Deetjen/Speckmann, Physiology 2nd printing, Urban & Schwarzenburg, 1994 [6] n acest fel, ntregul metabolism al celulei nervoase are loc prin intermediul acestei reele endoteliale, astfel nct atunci cnd substanele necesare se gsesc n snge sunt imediat trecute printr-un filtru biologic. Cu toate acestea, orice substane care pot afecta funcionarea creierului sunt inute departe de sistemul nervos.[6]

3.4. Funcionarea barierei hematoencefalice Aceast reea endotelial i celulele endoteliale care acoper capilarele ca o membran bazal, sunt desemnate ca fiind bariera hematoencefalic. Oxigenul, dioxidul de carbon, D-glucoza, DHexoza, unii L-aminoacizi i lipidele solubile n ap pot ptrunde BBB (blood-brain barrier), toate fiind necesare pentru buna funcionare a creierului . n acest mod componentele degradante sunt, de asemenea, transmise n snge. Prelungirile i ramificaiile astrocitelor reprezint o barier pentru anumii hormoni, lipidele insolubile n ap i numeroase alte substane chimice,iar acest lucru asigur faptul c este meninut un mediu constant pentru neuroni i pentru sistemul nervos.[6]

7

3.5. Disfuncionalitile barierei hematoencefalice Structura celular a astrocitelor este att de rezistent nct este capabil s construiasc un adevrat scut mpotriva celor mai mari substane moleculare i organisme. Cu toate acestea, n condiii normale nu este complet sigilat, aa c unele particule au posibilitatea de a traversa bariera. n cazuri de infecie, traume, inflamaie, otrvire, hipoxie, febr i n cazuri de tumori, jonciunile strmte dintre celulele endoteliale devin ntinse din cauza umflrii astrocitelor i astfel bariera hematoencefalic devine mai permeabil pentru alte substane. Modificrile legate de limea deschiderilor se datoreaz i umflrii i dezumflrii celulelor endoteliale. Nici chiar membrana capilar bazal nu este sigilat. Dac exist sau nu sunt pori n membran, care joac un rol activ n schimbul de substane, depinde de densitatea reelei de fibre. Sistemele vasculare ale tumorilor patologice nu dezvolt nicio barier hematoencefalic. Deoarece acest fapt era cunoscut, a fost utilizat n procedurile de diagnosticare. Un mediu de contrast este administrat n sistemul vascular pentru a verifica dac rmne n sistemul vascular sau dac trece n tumor. Cu mult nainte de utilizarea antibioticelor, medicii creteau permeabilitatea barierei hematoencefalice prin inducerea de unei febre artificiale, similar cu cea produs n timpul unei boli infecioase. Acest tip de tratament a fost utilizat pentru a trata sifilisul n sistemul nervos central i pentru terapia cu oc n domeniul de Psihiatrie, cu acest tip de tratament, medicamentaia putea fi administrat direct la creier. n cazul n care condiiile care au produs creterea temporar a permeabilitii barierei hematoencefalic, sunt oprite, aceasta revine la starea iniial.[6]

Fig. 6. Parte a unei reele de capilare ce hranete celulele creierului [3]

8

4. Boli care implic bariera hemato-encefalic4.1. Meningit Meningita este o inflamaie a membranelor care nconjoar creierul i mduva spinrii (aceste membrane sunt, de asemenea, cunoscut ca meninge). Meningita este cel mai frecvent cauzat de infecii cu ageni patogeni diferii, ale cror exemple sunt Streptococcus pneumoniae i Haemophilus influenza. n cazul n care meningele este inflamat, bariera hematoencefalic poate fi perturbat. Aceasta poate crete ptrunderea diverselor substane (inclusiv toxine sau antibiotice) n creier. Antibioticele folosite pentru a trata meningita ar putea agrava rspunsul inflamatoriu al sistemului nervos central, prin eliberarea de neurotoxine de la pereii celulelor ale bacteriilor-cum ar fi lipopolysaccharide (LPS).[10] Tratamentul cu generaia a treia sau generaia a patra de cefalosporine este preferat de obicei. 4.2. Epilepsia Epilepsia este o boal comun neurologic, caracterizat prin convulsii recurente i, uneori, netratabile. Mai multe date clinice si experimentale au implicat eecul funcionrii barierei hematoencefalice n declanarea crizelor acute sau cronice, unele studii implic interaciunile dintre o protein comun a sngelui - albumina i astrocite.[11] Aceste descoperiri au demonstrat c acutele crizele sunt o consecin previzibil de perturbare a BBB (blood-brain barrier) fie prin mecanisme artificiale sau inflamatorii. n plus, expresia rezistenei moleculelor la medicament i a transportatorilor la BBB este un mecanism important de rezisten la medicamentele frecvent utilizate anti-epileptice.[12] 4.3. Scleroza n plci (SM) Scleroza multipla (SM) este considerat a fi o tulburare auto-imun i neurodegenerativ, n care sistemul imunitar atac mielina care protejeaz i izoleaz electric neuronii din sistemul nervos central i periferic. n mod normal, sistemul nervos al unei persoane ar fi inaccesibil pentru celulele albe din snge, datorit barierei hemato-encefalice. Cu toate acestea, s-a demonstrat cu ajutorul IRM c atunci cnd o persoan este n curs de un atac SM ,bariera hemato-encefalic se descompune ntr-o seciune a creierului sau a mduvei spinrii, permind globulelor albe numite limfocite T s traverseze peste i s atace mielina. A fost uneori sugerat faptul c, SM este mai probabil o boal a barierei hematoencefalice, dect una a sistemului imunitar.[13] Cu toate acestea, dovezile tiinifice actuale sunt neconvingtoare. Exist investigaii active n prezent n ceea ce privete tratamentele pentru a evita compromiterea barierei hematoencefalice. Se crede c stresul oxidativ joac un rol important n descompunerea barierei. Anti-oxidanti, cum ar fi acidul lipoic pot fi capabili de a o stabiliza.[14]

9

4.4. Boala somnului Boala somnului, este o afeciune n care Trypanosoma (protozoar) se gsete n esutul cerebral. Nu este nc cunoscut modul n care paraziii infecteaz creierul din snge, dar se suspecteaz c trec prin intermediul plexului coroid, un organ circumventricular. [3] 4.5. Leucoencefalopatia multifocal progresiv (LMP) Leucoencefalopatia multifocal progresiv (LMP) este o boal demielinizant a sistemului nervos central, cauzat de reactivarea unei infecii cu un papovavirus latent (polyomavirus JC), care poate traversa BBB. Aceasta afecteaz pacienii compromii din punct de vedere imun i de obicei este ntlnit la pacienii care sufer de SIDA. [3] 4.6. Boala Alzheimer Unele noi dovezi indic faptul c perturbarea barierei hemato-encefalice la pacienii cu Boala Alzheimer permite plasmei care conine beta-amiloid (A) s intre n creier,unde A ader preferenial la suprafaa astrocitelor. Aceste constatri au condus la ipotezele c (1) descompunerea barierei hematoencefalice permite accesul autoanticorpilorce (se leag de neuroni) i a A42 solubil exogen ctre neuroni i (2) c legarea autoanticorpilor de neuroni declaneaz i / sau faciliteaz internalizarea i acumularea de A42 n neuronii vulnerabili, prin tendina lor natural de a evacua autoanticorpii, prin intermediul endocitozei. n cele din urm astrocitul este copleit, moare, este rupt i se dezintegreaz, lsnd n urm placa A42 insolubile. Astfel, la unii pacieni, boala Alzheimer poate fi cauzat (sau mai probabil, agravat) de ctre o disrupie a barierei hemato-encefalice. [15] Virusul herpes produce beta-amiloidul (A), iar acest virus a fost dovedit a fi agentul patogen responsabil pentru o cauz major a bolii.[16] n urma unui studiu realizat pe iepuri, crora li s-a dat zilnic echivalentul n cofeina al unei ceti de cafea i au fost hrnii cu o diet bogat n colesterol pentru 12 sptmni, s-a demonstrat c acetia au suferit o afectare relativ mai mic a barierei hematoencefalice. Cofeina ofer se pare o oarecare protecie ajutnd proteinelor s menin legtura strns ntre celulele care formeaz bariera hematoencefalic, oprind n acest fel moleculele nedorite s ptrund n sistemul nervos central. Descoperirile confirm studiile anterioare care artau cum cofeina protejeaz mpotriva pierderilor de memorie din maladia Alzheimer.[17]

10

Bibliografie:1. http://www.dictio.ro/medical/bariera-hematoencefalica 2. http://en.wikipedia.org/wiki/Staining 3. http://en.wikipedia.org/wiki/Blood-brain_barrier 4. http://www.dhm.de/lemo/objekte/pict/f76_92/index.html 5 http://clendening.kumc.edu/dc/pc/g.html 6 http://www.fgf.de/english/publications/newsletter/single/newsletter-03-01e/04_Structure_and_function_of_the_Blood_Brain_Barrier_NL_01-03e.pdf 7. http://en.wikipedia.org/wiki/Cerebrospinal_fluid 8. http://knol.google.com/k/anatomy-of-the-brain# 9.http://www.elp.manchester.ac.uk/pub_projects/2002/MNQJ9PP2/Webpages/bloodbrainb arrier.htm# 10. Beam, TR Jr.; Allen, JC (December 1977). "Blood, brain, and cerebrospinal fluid concentrations of several antibiotics in rabbits with intact and inflamed meninges". Antimicrobial agents and chemotherapy 12 (6): 7106. PMID 931369 11. Ivens S, Kaufer D, Flores LP, Bechmann I, Zumsteg D, Tomkins O et al. (2007). "TGFbeta receptor-mediated albumin uptake into astrocytes is involved in neocortical epileptogenesis.". Brain 130 (Pt 2): 535-47. doi:10.1093/brain/awl317. PMID 17121744 12. Awasthi,S. et al. RLIP76, a non-ABC transporter, and drug resistance in epilepsy. BMC. Neurosci. 6, 61 (2005). Loscher,W. & Potschka,H. Drug resistance in brain diseases and the role of drug efflux transporters. Nat. Rev. Neurosci. 6, 591-602 (2005). 13. Waubant E (2006). "Biomarkers indicative of blood-brain barrier disruption in multiple sclerosis". Disease Markers 22 (4): 23544. PMID 17124345 14. Schreibelt G, Musters RJ, Reijerkerk A, et al. (August 2006). "Lipoic acid affects cellular migration into the central nervous system and stabilizes blood-brain barrier integrity". J. Immunol. 177 (4): 26307. PMID 16888025

11

15. Hamilton RD, Foss AJ, Leach L (2007). "Establishment of a human in vitro model of the outer blood-retinal barrier". Journal of Anatomy 211: 707. doi:10.1111/j.14697580.2007.00812.x. PMID 17922819 16.http://www.manchester.ac.uk/aboutus/news/archive/list/item/? id=4230&year=2008&month=12 17. http://www.emedonline.ro/news/article.php?storyid=7

12