а) Барьеры между кровью и спинномозговой жидкостью и между кровью и тканью мозга. Уже говорилось, что концентрации некоторых важных компонентов спинномозговой жидкости отличаются от концентраций этих компонентов во внеклеточной жидкости других участков тела. Более того, многие крупномолекулярные вещества почти не проходят из крови в спинномозговую жидкость или в тканевую жидкость мозга, хотя эти же вещества легко проходят в обычные внутритканевые жидкости тела. В связи с этим говорят о существовании барьеров между кровью и спинномозговой жидкостью и между кровью и мозговой жидкостью, называемых гематоэнцефалическими барьерами.
Барьеры существуют и на уровне сосудистых сплетений, и на уровне мембран тканевых капилляров, по существу, во всех областях мозговой паренхимы, кроме некоторых областей гипоталамуса, шишковидной железы {эпифиза) и области самого заднего поля ромбовидной ямки (area postrema), где вещества очень легко диффундируют в тканевые пространства. Легкость диффузии в этих областях важна, поскольку здесь расположены сенсорные рецепторы, реагирующие на специфические изменения в жидкостях тела, например изменения осмоляльности и концентрации глюкозы, а также рецепторы для пептидных гормонов, регулирующих жажду, например для ангиотензина II.
Гематоэнцефалический барьер также имеет специфические транспортные молекулы, которые облегчают транспорт гормонов, например лептина, из крови в гипоталамус, где они связываются со специфическими рецепторами, регулируя другие функции, например аппетит и активность симпатической нервной системы.
В целом барьеры между кровью и спинномозговой жидкостью, а также кровью и тканью мозга высокопроницаемы для воды, углекислого газа, кислорода и большинства жирорастворимых веществ, таких как алкоголь или анестетики. Барьеры слабопроницаемы для электролитов, таких как натрий, хлор и калий, и почти полностью непроницаемы для белков плазмы и большинства нерастворимых в жирах крупных органических молекул. Следовательно, гематоэнцефалические барьеры часто делают невозможным достижение эффективных концентраций лекарственных веществ, например белковых антител и нерастворимых в жирах лекарственных препаратов в спинномозговой жидкости или паренхиме мозга.
Причиной низкой проницаемости гематоэнцефалических барьеров является способ соединения эндотелиальных клеток тканевых капилляров мозга. Они связаны так называемыми плотными контактами. Это значит, что мембраны прилежащих эндотелиальных клеток плотно слиты друг с другом, без широких щелей (пор) иногда между ними, что характерно для большинства других капилляров тела.
(А) Схематическое изображение барьера между кровью и спинномозговой жидкостью.
(Б) Ультраструктура эпителия сосудистого сплетения. В эпителиальных клетках расположены множество митохондрий и гранулярная эндоплазматическая сеть.
Клетки соединены плотными контактами в апикальной части.
(А) Схема барьера между кровью и межклеточной жидкостью.
(Б) Капилляр центральной нервной системы. На поперечном срезе показан одиночный эндотелиоцит, полностью окружающий просвет сосуда.
Края эндотелиоцитов образуют плотный контакт. Эндотелиоцит окружен базальной мембраной. Капилляр окружен отростками астроцитов.
б) Отек мозга. Одним из наиболее серьезных осложнений нарушений динамики мозговой жидкости является развитие отека мозга. Поскольку головной мозг заключен в плотный свод черепа, накопление избытка жидкости при отеке сдавливает кровеносные сосуды, часто вызывая серьезное снижение кровотока и гибель мозговой ткани.
Обычной причиной отека мозга является либо значительное повышение капиллярного давления, либо повреждение капиллярной стенки, ведущее к утечке жидкости через стенку. Очень часто причиной является сильный удар по голове, ведущий к сотрясению мозга, при котором капилляры травмируются так, что жидкость из них вытекает в травмированные ткани.
Как только начинается отек, он часто инициирует два порочных круга, основанных на развитии положительной обратной связи: (1) отек сжимает сосудистую сеть. Это уменьшает кровоток и ведет к ишемии мозга. Ишемия, в свою очередь, вызывает расширение артериол, что еще больше увеличивает капиллярное давление. Повышенное капиллярное давление ведет к увеличению количества отечной жидкости, и отек прогрессирует; (2) уменьшение мозгового кровотока снижает доставку кислорода. Это увеличивает проницаемость капилляров, способствуя дальнейшему увеличению утечки жидкости. Недостаток кислорода выключает также натриевые насосы клеток нервной ткани, что, кроме прочего, ведет и к внутриклеточному отеку.
Сразу после включения этих двух порочных кругов должны проводиться интенсивные мероприятия для предупреждения разрушения мозговой ткани. Одним из них является внутривенное введение концентрированного раствора осмотически активного вещества, например очень концентрированного раствора маннитола. Это вытягивает жидкость по законам осмоса из мозговой ткани и разрывает порочные круги. Другой процедурой является быстрое удаление жидкости из боковых желудочков мозга посредством их пункции с помощью иглы, что снижает внутримозговое давление.
