Penghalang darah-otak

Penghalang darah-otak sangat penting untuk memastikan homeostasis otak, tetapi banyak pertanyaan mengenai pembentukannya belum sepenuhnya diklarifikasi. Namun, sudah jelas bahwa BBB adalah penghalang histohematik yang paling terdiferensiasi, kompleks, dan padat. Unit struktural dan fungsional utamanya adalah sel endotel kapiler otak.

Metabolisme otak, tidak seperti organ lainnya, bergantung pada zat yang masuk bersama aliran darah. Banyak pembuluh darah yang memastikan berfungsinya sistem saraf dibedakan oleh fakta bahwa proses penetrasi zat melalui dindingnya bersifat selektif. Sel endotel kapiler otak saling terhubung satu sama lain melalui kontak ketat yang terus-menerus, sehingga zat hanya dapat melewati sel itu sendiri, tetapi tidak di antara sel-sel tersebut. Sel glia, komponen kedua dari sawar darah-otak, berdekatan dengan permukaan luar kapiler. Dalam pleksus vaskular ventrikel otak, dasar anatomi sawar adalah sel epitel, yang juga saling terhubung erat. Saat ini, sawar darah-otak dianggap bukan sebagai anatomi dan morfologi, tetapi sebagai formasi fungsional yang mampu melewati secara selektif, dan dalam beberapa kasus mengirimkan berbagai molekul ke sel saraf menggunakan mekanisme transpor aktif. Dengan demikian, sawar tersebut melakukan fungsi pengaturan dan perlindungan.

Ada beberapa struktur di otak yang penghalang darah-otaknya melemah. Struktur-struktur ini terutama adalah hipotalamus, serta sejumlah struktur di bagian bawah ventrikel ke-3 dan ke-4 - bidang paling posterior (area postrema), organ subfornikal dan subkomisural, dan badan pineal. Integritas BBB terganggu pada lesi otak iskemik dan inflamasi.

Penghalang darah-otak dianggap terbentuk sepenuhnya ketika sifat-sifat sel-sel ini memenuhi dua kondisi. Pertama, laju endositosis fase cair (pinositosis) di dalamnya harus sangat rendah. Kedua, sambungan ketat spesifik harus terbentuk di antara sel-sel, yang dicirikan oleh resistansi listrik yang sangat tinggi. Nilainya mencapai 1000-3000 Ohm/cm2 ^untuk kapiler pia mater dan dari 2000 hingga 8000 0 m/cm2 untuk kapiler serebral intraparenkim. Sebagai perbandingan: nilai rata-rata resistansi listrik transendotel kapiler otot rangka hanya 20 Ohm/cm2.

Permeabilitas sawar darah-otak untuk sebagian besar zat sangat ditentukan oleh sifat-sifatnya, serta kemampuan neuron untuk mensintesis zat-zat ini secara mandiri. Zat-zat yang dapat mengatasi sawar ini meliputi, pertama-tama, oksigen dan karbon dioksida, serta berbagai ion logam, glukosa, asam amino esensial, dan asam lemak yang diperlukan untuk fungsi otak normal. Glukosa dan vitamin diangkut menggunakan pembawa. Pada saat yang sama, D- dan L-glukosa memiliki tingkat penetrasi yang berbeda melalui sawar - yang pertama lebih dari 100 kali lebih tinggi. Glukosa memainkan peran utama baik dalam metabolisme energi otak maupun dalam sintesis sejumlah asam amino dan protein.

Faktor utama yang menentukan berfungsinya sawar darah-otak adalah tingkat metabolisme sel saraf.

Penyediaan neuron dengan zat-zat yang diperlukan dilakukan tidak hanya melalui kapiler darah yang mendekatinya, tetapi juga berkat proses membran lunak dan arakhnoid, yang melaluinya cairan serebrospinal bersirkulasi. Cairan serebrospinal terletak di rongga tengkorak, di ventrikel otak, dan di ruang antara membran otak. Pada manusia, volumenya sekitar 100-150 ml. Berkat cairan serebrospinal, keseimbangan osmotik sel-sel saraf dipertahankan dan produk-produk metabolisme yang bersifat toksik terhadap jaringan saraf dikeluarkan.

Jalur pertukaran mediator dan peran sawar darah-otak dalam metabolisme (menurut: Shepherd, 1987) 

Perjalanan zat melalui sawar darah-otak bergantung tidak hanya pada permeabilitas dinding pembuluh darah terhadap zat tersebut (berat molekul, muatan dan lipofilisitas zat), tetapi juga pada ada atau tidaknya sistem transpor aktif.

Transporter glukosa independen insulin stereospesifik (GLUT-1), yang memastikan pemindahan zat ini melewati sawar darah-otak, banyak terdapat di sel endotel kapiler otak. Aktivitas transporter ini dapat memastikan pengiriman glukosa dalam jumlah 2-3 kali lebih besar daripada yang dibutuhkan otak dalam kondisi normal.

Karakteristik sistem transportasi sawar darah-otak (menurut: Pardridge, Oldendorf, 1977)

Koneksi yang dapat diangkut	Substrat preferensial	Km, mm	Vmaks nmol/menit*g
Heksosa	Glukosa	9	Tahun 1600
Asam monokarboksilat	Laktat	1.9	120
Asam amino netral	Fenilalanin	0.12	30
Asam amino esensial	Lisin	0.10	6
Amina	Kolin	0.22	6
Purin	Adenin	0,027	1
Nukleosida	Adenosin	0,018	0.7

Anak-anak dengan gangguan fungsi transporter ini mengalami penurunan signifikan pada kadar glukosa dalam cairan serebrospinal dan gangguan dalam perkembangan dan fungsi otak.

Asam monokarboksilat (L-laktat, asetat, piruvat) dan badan keton diangkut oleh sistem stereospesifik yang terpisah. Meskipun intensitas pengangkutannya lebih rendah daripada glukosa, keduanya merupakan substrat metabolik yang penting pada neonatus dan selama kelaparan.

Pengangkutan kolin ke sistem saraf pusat juga dimediasi oleh transporter dan dapat diatur oleh laju sintesis asetilkolin dalam sistem saraf.

Vitamin tidak disintesis oleh otak dan dipasok dari darah menggunakan sistem transportasi khusus. Meskipun sistem ini memiliki aktivitas transportasi yang relatif rendah, dalam kondisi normal mereka dapat memastikan pengangkutan sejumlah vitamin yang diperlukan untuk otak, tetapi kekurangannya dalam makanan dapat menyebabkan gangguan neurologis. Beberapa protein plasma juga dapat menembus sawar darah-otak. Salah satu cara penetrasinya adalah transitosis yang dimediasi reseptor. Ini adalah bagaimana insulin, transferin, vasopresin dan faktor pertumbuhan mirip insulin menembus penghalang. Sel endotel kapiler otak memiliki reseptor khusus untuk protein ini dan mampu melakukan endositosis kompleks protein-reseptor. Penting bahwa sebagai akibat dari kejadian selanjutnya, kompleks tersebut hancur, protein utuh dapat dilepaskan di sisi sel yang berlawanan, dan reseptor dapat kembali diintegrasikan ke dalam membran. Untuk protein polikationik dan lektin, transitosis juga merupakan cara menembus BBB, tetapi tidak terkait dengan kerja reseptor spesifik.

Banyak neurotransmitter yang ada dalam darah tidak mampu menembus BBB. Dengan demikian, dopamin tidak memiliki kemampuan ini, sedangkan L-DOPA menembus BBB menggunakan sistem transpor asam amino netral. Selain itu, sel kapiler mengandung enzim yang memetabolisme neurotransmitter (kolinesterase, GABA transaminase, aminopeptidase, dll.), obat-obatan dan zat beracun, yang memastikan perlindungan otak tidak hanya dari neurotransmitter yang beredar dalam darah, tetapi juga dari racun.

Kerja BBB juga melibatkan protein pembawa yang mengangkut zat dari sel endotel kapiler otak ke dalam darah, mencegah penetrasinya ke dalam otak, misalnya, b-glikoprotein.

Selama ontogenesis, laju pengangkutan berbagai zat melalui BBB berubah secara signifikan. Dengan demikian, laju pengangkutan b-hidroksibutirat, triptofan, adenina, kolina, dan glukosa pada bayi baru lahir jauh lebih tinggi daripada pada orang dewasa. Hal ini mencerminkan kebutuhan otak yang sedang berkembang akan energi dan substrat makromolekul yang relatif lebih tinggi.

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