Vere-aju barjäär

Hematoentsefaalbarjäär on aju homöostaasi tagamiseks äärmiselt oluline, kuid paljud selle teket puudutavad küsimused pole veel täielikult selgitatud. Kuid on juba selge, et hematoentsefaalbarjäär on kõige diferentseerunud, keerukam ja tihedam histohematiline barjäär. Selle peamine struktuuriline ja funktsionaalne üksus on aju kapillaaride endoteelirakud.

Nagu ühegi teise organi puhul, sõltub ka aju ainevahetus vereringega sisenevatest ainetest. Arvukad veresooned, mis tagavad närvisüsteemi toimimise, eristuvad selle poolest, et ainete tungimine läbi nende seinte on selektiivne. Aju kapillaaride endoteelirakud on omavahel ühendatud pidevate tihedate kontaktidega, mistõttu ained saavad läbida ainult rakke endid, mitte nende vahel. Gliarakud, hematoentsefaalbarjääri teine komponent, asuvad kapillaaride välispinna lähedal. Aju vatsakeste veresoonte põimikutes on barjääri anatoomiliseks aluseks epiteelirakud, mis on samuti omavahel tihedalt seotud. Praegu ei peeta hematoentsefaalbarjääri mitte anatoomiliseks ja morfoloogiliseks, vaid funktsionaalseks moodustiseks, mis on võimeline selektiivselt läbima ja mõnel juhul aktiivsete transpordimehhanismide abil närvirakkudesse toimetama mitmesuguseid molekule. Seega täidab barjäär regulatiivseid ja kaitsvaid funktsioone.

Ajus on struktuure, kus hematoentsefaalbarjäär on nõrgenenud. Need on peamiselt hüpotalamus, aga ka mitmed struktuurid 3. ja 4. vatsakese põhjas - kõige tagumine väli (area postrema), subfornilised ja subkomissuraalsed organid ning käbinääre. Isheemiliste ja põletikuliste ajukahjustuste korral on hematoentsefaalbarjääri terviklikkus häiritud.

Hematoentsefaalbarjääri peetakse täielikult moodustunuks, kui nende rakkude omadused vastavad kahele tingimusele. Esiteks peab vedelfaasi endotsütoosi (pinotsütoosi) kiirus neis olema äärmiselt madal. Teiseks peavad rakkude vahele tekkima spetsiifilised tihedad ühendused, mida iseloomustab väga kõrge elektriline takistus. See ulatub pia mater kapillaaride ^puhul väärtusteni 1000–3000 oomi/cm2 ja intraparenhümaalsete aju kapillaaride puhul 2000–8000 m/cm2. Võrdluseks: skeletilihaste kapillaaride transendoteliaalse elektrilise takistuse keskmine väärtus on vaid 20 oomi/cm2.

Enamiku ainete hematoentsefaalbarjääri läbilaskvus sõltub suuresti nende omadustest, aga ka neuronite võimest neid aineid iseseisvalt sünteesida. Ainete hulka, mis suudavad seda barjääri ületada, kuuluvad eelkõige hapnik ja süsinikdioksiid, aga ka mitmesugused metalliioonid, glükoos, asendamatud aminohapped ja rasvhapped, mis on vajalikud normaalseks ajutalitluseks. Glükoosi ja vitamiine transporditakse kandjate abil. Samal ajal on D- ja L-glükoosil barjääri läbimise kiirus erinev - esimesel on see enam kui 100 korda suurem. Glükoos mängib olulist rolli nii aju energiametabolismis kui ka mitmete aminohapete ja valkude sünteesis.

Vere-aju barjääri toimimist määrav peamine tegur on närvirakkude metabolismi tase.

Neuronite varustamine vajalike ainetega ei toimu mitte ainult neile lähenevate verekapillaaride kaudu, vaid ka tänu pehmete ja arahnoidaalmembraanide jätketele, mille kaudu tsirkuleerib tserebrospinaalvedelik. Tserebrospinaalvedelik asub koljuõõnes, aju vatsakestes ja ajumembraanide vahelistes ruumides. Inimestel on selle maht umbes 100–150 ml. Tänu tserebrospinaalvedelikule säilib närvirakkude osmootne tasakaal ja eemaldatakse närvikoele toksilised ainevahetusproduktid.

Mediaatorite vahetuse rajad ja hematoentsefaalbarjääri roll ainevahetuses (vastavalt: Shepherd, 1987) 

Ainete läbimine hematoentsefaalbarjääri kaudu sõltub mitte ainult veresoonte seina läbilaskvusest (aine molekulmass, laeng ja lipofiilsus), vaid ka aktiivse transpordisüsteemi olemasolust või puudumisest.

Aju kapillaaride endoteelirakkudes leidub rohkelt stereospetsiifilist insuliinist sõltumatut glükoosi transporterit (GLUT-1), mis tagab selle aine ülekande läbi hematoentsefaalbarjääri. Selle transporteri aktiivsus suudab tagada glükoosi kohaletoimetamise koguses, mis on 2-3 korda suurem kui aju normaalsetes tingimustes vajab.

Hematoentsefaalbarjääri transpordisüsteemide omadused (vastavalt: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Transporditavad ühendused	Eelistatud substraat	Kilomeetrid, mm	Vmax nmol/min*g
Heksoosid	Glükoos	9	1600
Monokarboksüülhapped	Laktaat	1.9	120
Neutraalsed aminohapped	Fenüülalaniin	0,12	30
Essentsiaalsed aminohapped	Lüsiin	0,10	6
Amiinid	Koliin	0,22	6
Puriinid	Adeniin	0,027	1
Nukleosiidid	Adenosiin	0,018	0,7

Selle transporteri talitlushäirega lastel esineb tserebrospinaalvedelikus glükoositaseme märkimisväärne langus ning aju arengu ja toimimise häired.

Monokarboksüülhappeid (L-laktaat, atsetaat, püruvaat) ja ketoonkehi transporditakse eraldi stereospetsiifiliste süsteemide abil. Kuigi nende transpordi intensiivsus on madalam kui glükoosil, on nad vastsündinutel ja nälgimise ajal oluline ainevahetuse substraat.

Koliini transporti kesknärvisüsteemi vahendab samuti transporter ja seda saab reguleerida atsetüülkoliini sünteesi kiirusega närvisüsteemis.

Vitamiine ajus ei sünteesita ja need tarnitakse verest spetsiaalsete transpordisüsteemide abil. Hoolimata asjaolust, et neil süsteemidel on suhteliselt madal transpordiaktiivsus, suudavad nad normaalsetes tingimustes tagada aju jaoks vajaliku vitamiinide hulga transpordi, kuid nende puudus toidus võib põhjustada neuroloogilisi häireid. Mõned plasmavalgud võivad samuti tungida läbi hematoentsefaalbarjääri. Üks nende tungimise viis on retseptorvahendatud transtsütoos. Nii tungivad barjääri läbi insuliin, transferriin, vasopressiin ja insuliinilaadne kasvufaktor. Aju kapillaaride endoteelirakkudel on nende valkude jaoks spetsiifilised retseptorid ja nad on võimelised valgu-retseptori kompleksi endotsütoosima. On oluline, et järgnevate sündmuste tulemusena kompleks laguneb, terve valk saab vabaneda raku vastasküljele ja retseptor saab uuesti membraani integreerida. Polükatioossete valkude ja lektiinide puhul on transtsütoos samuti viis hematoentsefaalbarjääri tungimiseks, kuid see ei ole seotud spetsiifiliste retseptorite tööga.

Paljud veres olevad neurotransmitterid ei suuda läbida BBB-d. Seega puudub dopamiinil see võime, samas kui L-DOPA tungib läbi BBB neutraalsete aminohapete transpordisüsteemi abil. Lisaks sisaldavad kapillaarrakud ensüüme, mis metaboliseerivad neurotransmittereid (koliinesteraas, GABA-transaminaas, aminopeptidaasid jne), ravimeid ja toksiine, mis tagab aju kaitse mitte ainult veres ringlevate neurotransmitterite, vaid ka toksiinide eest.

BBB töö hõlmab ka kandevalke, mis transpordivad aineid aju kapillaaride endoteelirakkudest verre, takistades nende tungimist ajju, näiteks b-glükoproteiini.

Ontogeneesi ajal muutub erinevate ainete transpordikiirus läbi BBB oluliselt. Seega on b-hüdroksübutüraadi, trüptofaani, adeniini, koliini ja glükoosi transpordikiirus vastsündinutel oluliselt suurem kui täiskasvanutel. See peegeldab areneva aju suhteliselt suuremat vajadust energia ja makromolekulaarsete substraatide järele.

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