血腦屏障

血腦屏障

血腦屏障是指腦毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障,這些屏障能夠阻止某些物質(多半是有害的)由血液進入腦組織。血液中多種溶質從腦毛細血管進入腦組織,有難有易;有些很快通過,有些較慢,有些則完全不能通過,這種有選擇性的通透現象使人們構想可能有限制溶質透過的某種結構存在,這種結構可使腦組織少受甚至不受循環血液中有害物質的損害,從而保持腦組織內環境的基本穩定,對維持中樞神經系統正常生理狀態具有重要的生物學意義。

基本信息

測量模型

血腦屏障血腦屏障

—Flocel體外三維動態血腦屏障(Dynamic In Vitro

Blood-Brain Barrier Model)

體外血腦屏障測量模型一般包括:

1)跨細胞膜電阻測量(TEER 檢測)系統

2)計算機控制的脈動泵

3)flocel控制軟體

特點

與傳統血腦屏障系統相比,Flocel體外動態血腦屏障系統模型特點如下:

可以做更準確的藥代動力學和毒物學的研究

更清楚準確的反應了體內血腦屏障的特性

模擬重要的內皮細胞與星形膠質細胞之間的作用

用電力方法檢測了血腦屏障的完整性

可以用真實的細胞做實驗

比現存的靜態模型更能形成緊密的連線

降低藥物研發的成本

1.DIV-BBB™ 管腔

特性 優點
可控制腔內/非腔體積比 體型小,僅175px長 電極與管腔一體化 成本低 與體內體積比相符 減少了試驗所需細胞數目 TEER檢測系統操作簡單 一次性使用,不能重複使用
動態血腦屏障參數動態血腦屏障參數

2.跨細胞膜電阻測量(TEER 檢測)系統

TEER檢測系統為研發人員提供了一個快速、簡便地評估血腦屏障完整性方法,此外,電阻抗值(>1000 Ω-cm)也非常接近體內數值。TEER檢測系統同時配帶了所需檢測軟體、電線和襯板,可供4個DIV-BBB管腔同時使用。其中檢測軟體可以自定義設定泵的流速、頻率、波形等參數。其它特性及優點見下表:

特性 優點
多頻率下檢測電阻抗 描述電極的電阻和電容
低電壓,Max=60毫伏 限制對屏障的潛在破壞作用
自動檢測多個管腔 可同時連線4個盒子
檢測軟體可自定義設定泵的流速、頻率、波形等參數 檢測電阻抗,記錄數據
USB連線 台式或者攜帶型電腦均可連線
動態血腦屏障動力部分計,灌注脈動泵動態血腦屏障動力部分計,灌注脈動泵

結構

介於血液和腦組織之間的對物質通過有選擇性阻礙作用的動態界面,由腦的連續毛細血管內皮及其細胞間的緊密連線、完整的基膜、周細胞以及星形膠質細胞腳板圍成的神經膠質膜構成,其中內皮是血腦屏障的主要結構。

腦屏障是血-腦、血-腦脊液和腦脊液-腦三種屏障的總稱。

血腦屏障血腦屏障

與其他組織器官的毛細血管相比,腦毛細血管及其鄰近地區在結構上確有一些明顯的特點(正常情況下):

①腦毛細血管缺少一般毛細血管所具有的孔,或者這些孔既少且小。內皮細胞彼此重疊復蓋,而且連線緊密,能有效地阻止大分子物質從內皮細胞連線處通過。

②內皮細胞還被一層連續不斷的基膜包圍著。

③基膜之外更有許多星形膠質細胞的血管周足(終足)把腦毛細血管約85%的表面包圍起來。這就形成了腦毛細血管的多層膜性結構,構成了腦組織的防護性屏障。在病理情況下,如血管性腦水腫時,內皮細胞間的緊密粘合處開放,由於內皮細胞腫脹重疊部分消失,很多大分子物質可隨血漿濾液滲出毛細血管,這會破壞腦組織內環境的穩定,造成嚴重後果。

發現

20世紀初發現,給動物靜脈注射苯丙胺後,此藥可以分布到全身的組織器官,唯獨腦組織沒有它的蹤跡。注射台盼藍(錐蟲藍)塗料以後,全身組織都著色,而腦和脊髓則不著色。以後陸續發現很多藥物和染料注入動物體後,都有類似的分布情況。這些事實都啟示人們想到有保護腦組織的“屏障”存在。向雞胚注入谷氨酸後,發現谷氨酸能迅速進入雞胚的腦組織,但在成年雞腦中則很難進入。初生兒腦毛細血管的通透性遠較成年人為高,得重症黃疸後,膽汁色素很快透入中樞神經系統,並破壞基底神經節形成核黃疸。而在成人黃疸患者的中樞神經系統則不受膽汁色素的污染。以上事實說明血腦屏障結構功能的完善,是隨動物個體發育的完善而形成的。

決定因素

◆物質的脂溶性

血中溶質必須通過腦毛細血管的內皮細胞才能到腦組織,而內皮細胞膜是以類脂為基架的雙分子層的膜結構,具有親脂性,脂溶性物質容易通過。因此血中溶質的脂溶性高低決定其通過屏障的難易和快慢。脂溶性越高的溶質通過屏障進入腦組織的速度也越快。根據這一規律可將某些中樞神經系統藥物加以改造,使之更容易進入腦組織以便更快發揮藥物的效果。例如,巴比妥是一種中樞麻醉藥但其親脂性弱,故進入腦組織很慢,但如改造成苯巴比妥,由於具有較強的親脂性,故能更容易通過血腦屏障進入腦組織,很快發揮其催眠麻醉效應。又如嗎啡改造成二乙醯嗎啡就比較容易通過親脂性內皮細胞膜到達腦組織更快發揮其鎮痛作用。類胡蘿蔔素是一種脂溶性的色素,但是類胡蘿蔔素家族中只有蝦青素是唯一能通過血腦屏障的物質。

◆物質的親水性

不論帶正電荷或負電荷的溶質,溶於水時即與水分子的氧原子形成氫鍵,溶質所帶電荷越多形成氫鍵的能力越強,水溶性也越強,通過血腦屏障的能力也越差。但是水本身和葡萄糖等溶質因分子量很小,可通過內皮細胞和星形膠質細胞的連線部入腦。腎上腺素和去甲腎上腺素由於水溶性強而且羥基多,很難通過屏障入腦。胺基酸能通過血腦屏障,但胺則很難。

◆與血漿蛋白的結合程度

血漿中許多化合物是與血漿蛋白結合的。小分子化合物如激素,與血漿蛋白質結合後就不容易透過血腦屏障,因此無從發揮其生理效應;必須待其游離以後才能通過屏障發揮其效應。例如甲狀腺素,在血漿中有99%以上與血漿蛋白結合,游離的不到1%;腦脊液中甲狀腺素含量較低,但與血漿中游離的甲狀腺素含量相近,故仍能滿足生理的需要。游離的甲狀腺素很容易進入腦組織間液。任何能阻止甲狀腺素與血漿蛋白結合的藥物,都可以增加血漿中游離的甲狀腺素,增加通過屏障的劑量。

◆載體運轉系統

腦毛細血管內皮細胞有多種載體蛋白,能將血中物質運出內皮細胞。載體蛋白有較高的選擇性,一種載體蛋白常只能轉運一種物質,腦血管內皮細胞的特異性載體蛋白,可使一些難於通過血腦屏障的物質順利轉運迅速入腦,例如葡萄糖是腦組織代謝的主要能源,本來通過血腦屏障較慢,但借葡萄糖載體可以很快通過血腦屏障及時滿足腦代謝需要。已經肯定的載體有:己糖載體、中性胺基酸載體、鹼性胺基酸載體和短鏈的單羧基酸載體,它們都有利於合適轉運物質順利通過血腦屏障。

正常情況下中樞遞質幾乎都不能通過血腦屏障,這有利於維持腦內中樞遞質水平的穩定,排除腦外刺激因素的干擾。所以能如此,可能與腦毛細血管內皮細胞中的酶系統有關,已經發現其中含有單胺氧化酶,而多種中樞遞質是單胺類化合物,如兒茶酚胺、5羥色胺、組織胺等,都可被單胺氧化酶滅活,這種內皮細胞胞漿內的生物化學轉化作用加強了血腦屏障的功能,從而可使腦組織內環境保持穩定,少受一般循環血液中有強烈生理作用的物質含量劇烈變動的干擾。

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