Ο εγκέφαλος είναι πολύτιμος και η εξέλιξη έχει καταβάλει μεγάλες προσπάθειες για να τον προστατεύσει από τυχόν βλάβες. Το πιο προφανές είναι το κρανίο πάχους 7 χιλιοστών αλλά ο εγκέφαλος περιβάλλεται επίσης από ένα προστατευτικό υγρό, το εγκεφαλονωτιαίο υγρό (υπάρχει τόσο γύρω από τον εγκέφαλο όσο και από τον νωτιαίο μυελό της σπονδυλικής στήλης) και προστατευτικές μεμβράνες που ονομάζονται μήνιγγες (περιλαμβάνουν τη σκληρά μήνιγγα, την αραχνοειδή και τη χοριοειδή). Αυτά παρέχουν περαιτέρω άμυνα έναντι των τραυματισμών.
Ένα άλλο προστατευτικό στοιχείο είναι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτό είναι ένα εμπόδιο μεταξύ των αιμοφόρων αγγείων του εγκεφάλου (τριχοειδή) και των κυττάρων ή άλλων συστατικών που αποτελούν τον εγκεφαλικό ιστό. Ενώ το κρανίο, οι μήνιγγες και το εγκεφαλονωτιαίο υγρό προστατεύουν από φυσικές βλάβες, ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός παρέχει άμυνα έναντι παθογόνων και τοξινών που προκαλούν ασθένειες και μπορεί να υπάρχουν στο αίμα μας.
Το φράγμα αίματος-εγκεφάλου ανακαλύφθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα, όταν ο Γερμανός γιατρός Paul Ehrlich ένεσε μια βαφή στην κυκλοφορία του αίματος ενός ποντικού. Προς έκπληξή του, η βαφή διείσδυσε σε όλους τους ιστούς εκτός από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό. Ενώ αυτό έδειξε ότι υπήρχε ένα εμπόδιο μεταξύ του εγκεφάλου και του αίματος, μόλις στη δεκαετία του 1960 οι ερευνητές μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μικροσκόπια αρκετά ισχυρά για να προσδιορίσουν το φυσικό στρώμα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού.
Γνωρίζουμε τώρα ότι η βασική δομή του αιματοεγκεφαλικού φραγμού που προσφέρει εμπόδιο είναι η “σφιχτή ενδοθηλιακή σύνδεση” (endothelial tight junction). Τα ενδοθηλιακά κύτταρα ευθυγραμμίζουν το εσωτερικό όλων των αιμοφόρων αγγείων. Στα τριχοειδή που σχηματίζουν το φράγμα αίματος-εγκεφάλου, τα ενδοθηλιακά κύτταρα ενώνονται πολύ κοντά μεταξύ τους, σχηματίζοντας τις λεγόμενες σφιχτές συνδέσεις.
Τα μικρά κενά επιτρέπουν μόνο τα μικρά μόρια, τα λιποδιαλυτά μόρια και ορισμένα αέρια να περάσουν ελεύθερα μέσω του τριχοειδούς τοιχώματος στον εγκεφαλικό ιστό. Μερικά μεγαλύτερα μόρια, όπως η γλυκόζη, μπορούν να εισέλθουν μέσω πρωτεϊνών μεταφοράς, οι οποίες δρουν σαν ειδικές πόρτες που ανοίγουν μόνο για συγκεκριμένα μόρια.
Γύρω από τα ενδοθηλιακά κύτταρα ενός αιμοφόρου αγγείου υπάρχουν άλλα συστατικά του αιματοεγκεφαλικού φραγμού που δεν εμπλέκονται αυστηρά στο να σταματήσουν τα πράγματα από το αίμα στον εγκέφαλο, αλλά που επικοινωνούν με τα κύτταρα που σχηματίζουν το φράγμα για να αλλάξουν και αυτό δείχνει πόσο επιλεκτικός είναι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός.
Να σημειωθεί ότι ο αιματοεγκεφαλικός φραγμός μπορεί να έχει κάποιες διαφορές μεταξύ ανδρών και γυναικών.
Γιατί χρειαζόμαστε τον αιματοεγκεφαλικός φραγμό
Ο σκοπός του φραγμού αίματος-εγκεφάλου είναι η προστασία από κυκλοφορούσες τοξίνες ή παθογόνα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν εγκεφαλικές λοιμώξεις, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπουν στα ζωτικά θρεπτικά συστατικά να φτάσουν στον εγκέφαλο.
Μια άλλη λειτουργία του είναι να βοηθήσει στη διατήρηση σχετικά σταθερών επιπέδων ορμονών, θρεπτικών ουσιών και νερού στον εγκέφαλο, καθώς οι διακυμάνσεις θα μπορούσαν να διαταράξουν το λεπτά συντονισμένο περιβάλλον.
Τι συμβαίνει λοιπόν εάν το φράγμα αίματος-εγκεφάλου έχει καταστραφεί ή με κάποιον τρόπο παραβιαστεί;
Ένας κοινός τρόπος που συμβαίνει αυτό είναι μέσω βακτηριακής λοίμωξης, όπως στην μηνιγγιτιδοκοκκική νόσο. Τα μηνιγγιτιδοκοκκικά βακτήρια μπορούν να προσκολληθούν στο ενδοθηλιακό τοίχωμα, προκαλώντας ελαφρώς πιο ανοιχτές συνδέσεις. Ως αποτέλεσμα, το φράγμα αίματος-εγκεφάλου γίνεται πιο πορώδες, επιτρέποντας σε βακτήρια και τοξίνες να μολύνουν τον εγκεφαλικό ιστό, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε φλεγμονή και μερικές φορές θάνατο.
Πιστεύεται επίσης ότι η λειτουργία του φραγμού αίματος-εγκεφάλου μπορεί να μειωθεί σε ορισμένες παθήσεις. Στη σκλήρυνση κατά πλάκας, για παράδειγμα, ένα ελαττωματικό φράγμα επιτρέπει στα λευκά αιμοσφαίρια να διεισδύσουν στον εγκέφαλο και να επιτεθούν σε λειτουργίες που στέλνουν μηνύματα από ένα εγκεφαλικό κύτταρο (νευρώνας) στο άλλο. Αυτό προκαλεί προβλήματα στο πώς οι νευρώνες σηματοδοτούν ο ένας στον άλλο.
Ο φραγμός αίματος-εγκεφάλου είναι γενικά πολύ αποτελεσματικός στην πρόληψη της πρόσβασης ανεπιθύμητων ουσιών στον εγκέφαλο, αλλά έχει ένα μειονέκτημα. Η συντριπτική πλειονότητα των πιθανών θεραπειών φαρμάκων δεν διασχίζουν εύκολα το φράγμα, θέτοντας τεράστιο εμπόδιο στη θεραπεία ψυχικών και νευρολογικών διαταραχών. Ένας πιθανός τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος είναι να «ξεγελάσετε» το φράγμα αίματος-εγκεφάλου ώστε να επιτρέψετε τη διέλευση του φαρμάκου. Αυτή είναι η λεγόμενη προσέγγιση Δούρειου ίππου, στην οποία το φάρμακο συγχωνεύεται με ένα μόριο που μπορεί να περάσει το φράγμα αίματος-εγκεφάλου μέσω μιας πρωτεΐνης-μεταφορέα.
Μια διαφορετική προσέγγιση είναι να ανοίξετε προσωρινά το φράγμα αίματος-εγκεφάλου χρησιμοποιώντας υπερήχους. Σε ποντίκια με νόσο Αλτσχάιμερ, μια μελέτη έδειξε ότι η χρήση υπερήχων για το άνοιγμα του φραγμού αίματος-εγκεφάλου μπορεί να βελτιώσει τη γνώση και να μειώσει την ποσότητα της τοξικής πλάκας που συσσωρεύεται στον εγκέφαλο. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην ικανότητα των υπερήχων, σε συνδυασμό με μικροφυσαλίδες εγχυμένου αερίου, να ανοίξει προσωρινά και με ασφάλεια το φράγμα αίματος-εγκεφάλου για να επιτρέψει στους προστατευτικούς παράγοντες του αίματος να περάσουν. Στη μελέτη αυτή η προσέγγιση δεν έβλαψε τον εγκέφαλο.
Σε μια άλλη μελέτη, φάνηκε ότι ανοίγοντας προσωρινά το φράγμα αίματος-εγκεφάλου, οι υπέρηχοι επέτρεψαν μεγαλύτερη ποσότητα από ένα θεραπευτικό αντίσωμα να περάσει στον εγκέφαλο, βελτιώνοντας την κατάσταση. περισσότερο από ό, τι όταν χρησιμοποιούμε υπερηχογράφημα ή ένα φάρμακο αντισώματος μεμονωμένα. Ο υπέρηχος είναι επομένως ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για την προσωρινή και ασφαλή υπέρβαση του κανονικά πολύ χρήσιμου, αλλά μερικές φορές προβληματικού, αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη βελτίωση της παράδοσης φαρμάκων στον εγκέφαλο, και με αυτόν τον τρόπο οι θεραπείες για ασθένειες για τη νόσο Αλτσχάιμερ και άλλες εγκεφαλικές ασθένειες είναι πιο οικονομικά αποδοτικές. Να σημειωθεί ότι βλάβες στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό μπορεί να συνδέονται με τη νόσο Αλτσχάιμερ.
