Некоторые свойства гематоэнцефалического и гематоликворного барьеров

Проницаемость ГЭБ для различных веществ оценивают путем их введения в кровь, с последующим определением в динамике концентрации в плазме, ликворе и гомогенате мозга.

Свойства веществ, влияющие на их способность проникать в мозг, по сути, идентичны свойствам, регулирующим проникновение соединений через клеточные мембраны: жирорастворимые соединения легко проникают в мозг, водо-растворимые - плохо; слабые кислоты и основания диффундируют через ГЭБ и ликворный барьер только в неионизированной форме; неионизированные молекулы веществ проникают через барьеры тем лучше, чем выше их коэффициент распределения в системе масло/вода; диффундировать через барьеры может лишь фракция вещества, не связанная с белками плазмы крови. В соответствии с изложенным, жирорастворимые неэлектролиты, например хлорированные углеводороды, спирты, ароматические углеводороды и др., легко проникают через ГЭБ. Напротив, чужеродные органические электролиты, например азотсодержащие основания (алкалоиды, миорелаксанты и т.д.) не проникают в ЦНС.

Необходимые мозгу вещества: субстраты обменных процессов, биорегуляторы (аминокислоты, глюкоза, нуклеотиды и др.), переносятся через ГЭБ с помощью специальных механизмов активного транспорта и проникают в ЦНС не зависимо от химических и физико-химических свойств. Синтетические аналоги этих веществ, при поступлении в кровь, могут либо проникать в ткань мозга с помощью имеющихся механизмов активного транспорта, либо блокировать проникновение в ЦНС естественных метаболитов, конкурируя с ними за механизмы транспорта. И то и другое может стать причиной формирования токсического процесса. Примером таких веществ является -метил-m-тирозин. Эта аминокислота активно переносится из плазмы крови в мозг. Здесь путем последовательного декарбоксилирования и гидроксилирования образуется молекула вещества (метараминол), провоцирующего выброс норадреналина из пресинаптических нервных окончаний с развитием соответствующих эффектов. При внутривенном введении метараминола экспериментальным животным центральные эффекты не развиваются, так как вещество, не будучи аминокислотой, не проникает через ГЭБ.

Проницаемость ГЭБ в значительной степени изменяется с возрастом и при различных патологических состояниях (воспалительный процесс, ацидоз). У плода и новорожденных барьер проницаем для токсикантов, не проникающих в мозг взрослого (например ионы свинца при остром отравлении солями металла). При менингите в мозг проникают антибиотики, не проходящие через ГЭБ здорового. В условиях эксперимента проницаемость гематоэнцефалического барьера можно усилить, вводя в кровь гипертонический раствор арабинозы или другие соединения (алкоголь, мочевину, нортриптилин и т.д.).

Вещества, для которых ГЭБ не проницаем, при введении в ликворное пространство (желудочки мозга) проникают в мозговую ткань. Ацетилхолин, адреналин, гистамин, амфетамин, тубокурарин и т.д. при этом способе введения быстро оказывают воздействие на ЦНС. Проникновение веществ из ликвора в мозг осуществляется с ликворным током, противоположным по направлению току жидкости в венозные синусы, формируемые твердой оболочкой мозга.

Гематоофтальмический барьер

На пути веществ из крови во внутриглазное пространство (и в обратном направлении) лежат барьеры двух типов.

Первый регулирует обмен веществ между кровью и внутриглазной жидкостью (камерами глаза). Главную роль здесь играет цилиарное тело, продуцирующее внутриглазную жидкость. Внутриглазная жидкость устремляется из задней камеры глаза в переднюю и покидает глаз через Шлемов канал. Переход веществ из крови в камеры глаза есть процесс простой диффузии через двухслойный эпителий цилиарного тела и, следовательно, определяется общими свойствами молекул, влияющими на проникновение соединений через биологические барьеры (см. выше). Также путем диффузии осуществляется распределение вещества между камерами глаза, стекловидным телом и другими структурными элементами глаза.

Вторым является гематоретинальный барьер, оделяющий кровь от сетчатки глаза. Гематоретинальный барьер по свойствам близок гематоликворному. Закономерности прохождения через него ксенобиотиков носит общий характер. Лишь небольшое количество веществ (главным образом питательные вещества) активно транспортируются из крови в сетчатку не зависимо от их физико-химических свойств.

Проникновение ксенобиотиков в печень

Печень - важнейший орган, принимающий участие в обмене веществ. Кровь, оттекающая от кишечника и содержащая вещества, поступившие в организм, направляются по системе портальной вены, прежде всего, в печень. Бесчисленное количество необходимых для организма и чужеродных соединений попадают в печень и подвергаются здесь метаболическим превращениям. Печень является органом выделения. В её секрет - желчь, выделяемый в просвет кишки, переходят многие вещества. Механизмы проникновения веществ из крови в печень и факторы, влияющие на этот процесс, имеют ряд особенностей.

Сосудистое русло

Орган снабжается кровью из двух источников. Система портальной вены приносит в печень венозную кровь, оттекающую от кишечника. Аортальная кровь поступает через печеночную артерию. В этой связи, ксенобиотики, проникающие в организм через желудочно-кишечный тракт, привносятся в орган с портальной кровью, а проникающие через кожу и легкие - по системе артериальных сосудов. Из общего объёма сердечного выброса крови, четверть (25%) поступает в печень по системе печеночной артерии, а 75% - по системе портальной вены (со сниженным содержанием кислорода).

Печеночная артерия, портальная вена и желчевыводящий проток образуют тесно связанный пучок, называемый портальной триадой. Кровь, поступающая по кровеносным сосудам, собирается в печеночные синусоиды, а затем в терминальную печеночную вену, располагающуюся в центре печеночной дольки. По печеночной вене, оттекающая от органа кровь, поступает в общий кровоток.

Именно через стенки синусоидов ксенобиотики проникают из крови в гепатоциты. Эндотелиальные клетки синусоидов имеют ядро и хорошо развитую цитоплазму. Между контактирующими клетками, как правило, имеются большие промежутки, размером 0,1 - 1,0 мкм. Это позволяет даже макромолекулам практически беспрепятственно проникать из кровеносного русла в ткань печени. В стенках печеночных капилляров залегают Купферовские звездчатые клетки. Они участвуют в захвате макромолекул и корпускулярных образований, проникших в печень, путем их пино- и фагоцитоза. Частично гепатоциты сами формируют стенку синусоида.

Между фенестрированным эндотелием синусоида и мембраной гепатоцита имеется пространство, шириной от 60 нм до 0,5 мкм (перекапиллярное пространство Диссе), куда свободно проникает плазма крови, с циркулирующими в ней веществами. Базальная поверхность гепатоцитов имеет множественные выросты, направленные в сторону этого пространства, увеличивающие площадь контакта между клетками и плазмой. Этим обеспечивается возможность усиленной абсорбции веществ из крови. Таким образом, особенность морфологии гистогематического барьера в печени состоит в том, что он представлен только клеточной мембраной гепатоцита. Кроме того, в печени выявлены многочисленные механизмы активного транспорта веществ через биологические мембраны.

Активный транспорт

Помимо жизненно необходимых веществ, печень активно захватывает многие чужеродные соединения. Прежде всего к их числу относятся различные органические кислоты и некоторые основания, выделяющиеся затем в желчь в свободной либо конъюгированной форме. Их перемещение из крови в орган и из органа в желчь порой осуществляется против градиента концентрации. Так, содержание прокаинамида в желчи может быть в 80 раз выше, чем в плазме крови. Транспортные системы, обеспечивающие движение ксенобиотиков из крови в печень, как правило, характеризуются способностью к насыщению, угнетаются веществами, блокирующими обмен веществ, и субстратами-антагонистами. Захват прокаинамида из крови и выделение в желчь блокируется молекулами других веществ - органических оснований. Органические кислоты, например бромсульфолеин, не влияют на процесс. Таким образом, транспортные системы переноса через печень органических кислот и оснований различны.

Мембранная диффузия

Как уже указывалось, функции гистогематического барьера в печени выполняют клеточные мембраны гепатоцитов. Мембрана печеночных клеток отличается высокой порозностью (в сравнении с другими клетками) и этим также определяются некоторые особенности поступления веществ из крови в печень. Хотя многие макромолекулы, легко преодолевающие эндотелиальный барьер печеночных синусоидов, и задерживаются в межклеточном пространстве, водо-растворимые молекулы с небольшой молекулярной массой легко проникают через клеточную мембрану гепатоцита. Так, водо-растворимые неэлектролиты манитол и сорбитол с большой скоростью переходят в клетки печени при их введении в кровь. Многие не растворимые в липидах вещества, такие как сахароза, инулин, декстран хорошо переносятся из крови в желчь.

Проницаемость биологического барьера для ксенобиотика может быть рассчитана по формуле:

K_P = - 1/t ln [ 1 - (C_t/C_max)] , где

K_P - константа проницаемости барьера;

C_t и C_max - концентрации веществ в ткани в момент времени t (мин) и максимальная концентрация, достижимая при оптимальных условиях эксперимента.

Если графически изобразить зависимость значений K_P от коэффициента распределения веществ в системе гептан/вода, можно оценить влияние такого их свойства, как жиро-растворимость, на способность преодолевать данный биологический барьер. На рисунке 2 представлены рассматриваемые зависимости для печеночного и ликворного барьеров.

Рисунок 2. Зависимость между значениями коэффициентов распределения веществ в системе гептан/вода и их проницаемостью через гематоликворный и печеночный барьеры у кролика (H. Kurz, 1964).

Как видно из данных, представленных на рисунке, свойства гематоликворного и печеночного барьеров различны. Основная особенность печеночного барьера - отсутствие большого отличия в способности водо- и жирорастворимых веществ преодолевать его. Это связано с высокой порозностью клеточной мембраны гепатоцитов.

Фагоцитоз

Агломераты макромолекул, микрочастицы веществ, попавшие (или образовавшиеся) в кровь могут захватываться путем фагоцитоза Купферовскими звездчатыми клетками синусоидов печени. К фагоцитозу способны также эндотелиальные и паренхиматозные клетки печени. Захват частиц и макромолекул - энергозависимый процесс, угнетаемый ингибиторами процесса окислительного фосфорилирования, в частности, цианидами. Однако захват печенью крупных частиц ксенобиотиков, циркулирующих в крови, не всегда является следствием фагоцитоза. Так, в отношении агломератов полианионов (например, полифосфатов) печень ведет себя, как ионообменная колонка, адсорбируя их на поверхности гепатоцитов.