Veri-aivo- , tai hemo-aivojen , tai veri-aivo- este on fysiologinen este läsnä aivoissa kaikissa tetrapods ( maanpäällinen selkärankaisten ), välillä verenkiertoon ja keskushermoston (CNS). Sitä käytetään aivojen ympäristön ( homeostaasin ) säätelyyn erottamalla se verestä. Endoteelisolujen soluja , jotka on liitetty toisiinsa tiiviiden liitosten ja linja kapillaareja veren virtauksen puolella, ovat olennainen osa tämän esteen.
Veri-aivoeste suojaa aivoja veressä kiertäviltä taudinaiheuttajilta , toksiineilta ja hormoneilta . Se edustaa erittäin valikoivaa suodatinta , jonka kautta aivoihin tarvittavat ravinteet siirtyvät ja jätetuotteet poistuvat . Tämä ravinto- ja eliminointiprosessi tuotetaan useilla aktiivisilla kuljetusmekanismeilla .
Tämä aivojen suojaava toiminto vaikeuttaa lääkehoitoa useilla neurologisilla sairauksilla , koska monet aktiiviset molekyylit eivät voi ylittää veri-aivoestettä. Tutkimus veri-aivoesteen voittamiseksi on hyvin ajankohtaista. Hyvin harvat sairaudet - lisäksi harvinaiset - ovat ominaisia veri-aivoesteeseen, kun taas monet yleiset sairaudet voivat vaikuttaa siihen. Veri-aivoesteen heikentyminen tai vaurio on komplikaatio, joka on otettava erittäin vakavasti.
Ensimmäiset kokeet, jotka osoittivat tämän esteen olemassaolon, suoritti Paul Ehrlich vuonna 1885. Mutta hän tulkitsi kokeidensa tuloksia väärin. Lopullinen todiste esteen olemassaolosta annettiin vasta vuonna 1967 transmissioelektronimikroskopian tutkimuksella .
Ihmisillä aivot muodostavat noin 2% ruumiinpainosta. Mutta sen energiantarve on noin 20% kokonaismäärästä. Toisin kuin muissa elimistössä, aivoissa on hyvin vähän ravintoaineita ja happea . Ja hermosolut eivät kykene täyttämään energiantarpeitaan anaerobisesti , toisin sanoen ilman alkuainehappea . Siten keskeytyksestä veren aivoihin johtaa jälkeen 10 s pyörtyminen ( pyörtyminen ), ja muutamassa minuutissa, hermosolut alkavat kuolla. Aivojen jokaisen alueen aktiivisuudesta riippuen sen energiantarve ja -varastot voivat olla hyvin erilaisia. Sopeuttaakseen saannin tarpeiden mukaan kukin alue pystyy itse säätelemään sille tarvittavia verivaroja.
Aivojen monimutkaiset toiminnot liittyvät erittäin herkkiin sähkökemiallisiin ja biokemiallisiin prosesseihin, jotka voivat tapahtua vain sisäisessä homeostaattisessa ympäristössä, joka on suurimmaksi osaksi vapaa kaikista häiriöistä. Esimerkiksi veren pH-värähtelyjen (mitta, kuinka emäksinen tai hapan se on) ei pitäisi vaikuttaa aivoihin. Muutokset kalium -pitoisuus olisi muuttaa potentiaalin kalvon hermosolujen. Välittäjäaineiden kuljettaa verta suonissa ei saa päästä keskushermostoon, koska ne häiritsisivät vakavasti toimintaa synapsien siellä. Lisäksi hermosolut eivät kykene uudistumaan, jos ympäristömuutos aiheuttaa vahinkoa. Lopuksi aivot, keskeinen valvontaelin, on suojattava keholle vieraiden materiaalien, kuten esimerkiksi ksenobiottien tai patogeenien, vaikutuksilta . Veri-aivoesteen huomattava läpäisemättömyys patogeeneille, vasta-aineille ja leukosyyteille tekee siitä "immunologisen esteen".
Lisäksi aivojen erittäin korkean energiantarpeen vuoksi - muihin elimiin verrattuna - erittäin suuret määrät biokemiallista jätettä on poistettava veri-aivoesteen kautta.
Jotta suorittaa kaikki nämä toiminnot (ravintoa, poistaminen ja homeostaasin), The aivojen verisuonten piiri on selkärankaisten esittää, verrattuna perifeerisissä suonissa, koko joukko rakenteellisia ja toiminnallisia eroja. Tämä erilaistuminen erottaa aivot hyvin suuresti ympäröivästä solunulkoisesta tilasta ja on olennainen edellytys herkän hermokudoksen suojaamiselle ja vakaan sisäisen ympäristön saavuttamiselle.
Muutokset veri-aivoesteen toiminnassa aiheuttavat muutoksia keskushermostossa ja voivat johtaa toimintahäiriöihin tai sairauksiin. Tämän seurauksena joukko neurologisia sairauksia liittyy enemmän tai vähemmän suoraan veri-aivoesteeseen.
Veren-aivoesteen olennainen osa on endoteelisolut niiden tiukoilla liitoksilla . Mutta kaksi muuta solutyyppiä ovat myös tärkeitä sekä toiminnan että syntymän ja veri-aivoesteen kasvun kannalta: perisyytit ja astrosyytit . Vuorovaikutus endoteelisolujen, perisyyttien ja astrosyyttien välillä on läheisempää kuin kaikkien muiden solutyyppien välillä. Nämä kolme solutyyppiä muodostavat yhdessä useimpien selkärankaisten veri-aivoesteen , solun veri-aivoesteen . Eläinkunnassa on muitakin veri-aivoesteitä, joita käsitellään yksityiskohtaisessa artikkelissa .
Kapillaarit on vuorattu - kuten ääreisverisuonet - endoteelisoluilla. Aivoissa näillä on erityisen tiukka rakenne. määrä mitokondrioita on noin 5-10 kertaa suurempi kuin perifeerisillä kapillaareja, koska tarvittava energia kuljettamiseen aktiivisesti tarvittavia ravintoaineita läpi solujen. Endoteelisoluissa on kalvoissaan tietty määrä akvaporiineja , erikoistuneita kanavia veden kulkemiseen, aivojen vesimäärän säätelyyn.
Esteen tiiviys voidaan mitata sen sähkövastuksella . Eräässä aikuinen rotta , vastus nousee noin 2000 Ω cm 2 . Lihaskapillaareissa se on vain noin 30 Ω cm 2 .
Tiukat liitoksetEndoteelisolut on sidottu toisiinsa vahvoilla sidoksilla, joita kutsutaan tiukoiksi liitoksiksi , jotka sulkevat solujen välisen tilan. Useat kalvoproteiinityypit ympäröivät niitä tiiviyden varmistamiseksi.
PohjateräEpiteelisolut ympäröi proteiinin kerros, pohjapinta levy 40 kohteeseen 50 nm paksu , siis näkyvissä vain elektronimikroskoopilla.
Perisyytit ovat pieniä, soikeita soluja, jotka peittävät yhteensä 20% kapillaarien ulkopinnasta, ankkuroituna lujasti endoteelisoluihin. Heillä on kolme pääroolia:
Astrosyytit ovat tähtisoluja, merkittävästi suurempia kuin perisyytit. Ne peittävät 99% aivokapillaareista jalat punottuina ruusukkeisiin. Välitön vuorovaikutus (20 nm ) endoteelisolujen ja astrosyyttien välillä aiheuttaa anatomisia spesifisyyksiä molempiin suuntiin.
Niiden päätehtävät ovat:
Kaikki aivojen kapillaarit eivät ole osa veri-aivoestettä: hormonien erittävien aivojen osien ja niiden, joilla on aistitoiminta veren koostumuksessa, on pysyttävä yhteydessä verenkiertoon.
On olemassa kuusi kehonelintä, joista osittain puuttuu veri-aivoesteet. Tämä on subfornaalinen elin (en) , lamina terminalisin verisuonielin , neurohypofysiikka , käpirauhanen (tai epiphysis), subcommissural-elin ja alueen postrema . Näitä alueita ympäröivät tansyytit , samanlaiset kuin ependymosyytit, jotka erottavat aivot ependymaa täyttävästä aivo-selkäydinnesteestä , mutta joilla on tiukat, erittäin tiukat liitokset .
Lue yksityiskohtainen artikkeli saadaksesi tietoja:
Veri-aivoesteen lisäksi verenkierron ja keskushermoston välillä on toinen este: veri-LCS-este. Tämän esteen muodostavat epiteelisolut ja koroidipunosten tiukat liitokset . Veri-LCS-este on myös osa aivojen homeostaasia. Se toimittaa sille vitamiineja , nukleotideja ja glukoosia . Osuus materiaalien kuljettamisesta aivoihin on viime kädessä melko pieni ja täysin riittämätön vastaamaan aivojen ravinteiden ja hapen tarpeita. Veri-aivoesteen aivojen sisäisten kapillaarien muodostama vaihtopinta edustaa 5000 kertaa suonikalvon plexusten vastaavan pinnan .
Näiden kahden keskushermostolle niin tärkeän esteen lisäksi kehossa on muitakin samanlaisia ultraäänivalintoja, jotka hallitsevat materiaalien vaihtoa veren kanssa. Näitä ovat muun muassa:
Veri-aivoesteen on varmistettava tiiviydestään huolimatta ravinteiden ja hapen kulkeutuminen aivoihin ja poistettava jätteet.
Parasellulaarinen kuljetusHallitsemattoman vuotamisen estämiseksi endoteelisolut on sidottu tiukoilla, tiukoilla liitoksilla . Vain hyvin pienet molekyylit voivat kulkea tiukkojen liitosten läpi: vesi, glyseriini tai urea .
Ilmainen jakeluYksinkertaisin muoto on vapaa tai passiivinen diffuusio , jolla on taipumus luoda tasapaino aineiden pitoisuudessa tai kemiallisessa potentiaalissa. Se ei vaadi energiaa. Virtausnopeus on verrannollinen potentiaalieroon eikä sitä voida hallita.
Pienet molekyylit voivat ylittää kalvon reikien läpi, jotka vastaavat kalvon muodostavien fosfolipidiketjujen paikallisia muodonmuutoksia. Reiät ovat liikkuvia ja voivat siksi seurata molekyyliä sen polussa kalvon läpi. On myös välttämätöntä, että kyseisellä molekyylillä on kohtuullinen affiniteetti lipideihin . Siksi tämä prosessi koskee olennaisesti vain pieniä lipofiilisiä ( hydrofobisia ) molekyylejä .
Kulku kanavien läpiPienet polaarimolekyylit, kuten vesi, tuskin pystyvät diffundoitumaan membraanien läpi kuvatulla menetelmällä. Solukalvosta löytyy suuri määrä proteiineja, jotka toimivat erikoistuneina kanavina veden kulkemiseen: akvaporiinit. Ne tarjoavat suuren vedenläpäisevyyden molempiin suuntiin osmoottisen paineen erosta riippuen . On olemassa monia muita, enemmän tai vähemmän erikoistuneita kanavia, jotka voidaan avata tai sulkea fyysisten tekijöiden vaikutuksesta. Mutta kaikilla näillä kanavilla on passiivisuuden ominaisuus: kun ne ovat avoimia, ne antavat sopivien molekyylien kulkea pitoisuuksien tasapainon suuntaan.
Helposti levittämistäElintärkeät molekyylit, kuten glukoosi ja jotkut aminohapot, eivät voi kulkea kanavien läpi. Sitten on membraanikuljettimia, jotka sopivat tarvittaville eri molekyyleille. Kalvon kuljetusproteiinit voivat toimia uniporttina (yksi molekyyli kerrallaan), symporttina (kaksi tai useampia molekyylejä samaan suuntaan) tai antiporttina (kaksi tai useampi molekyyli vastakkaisiin suuntiin).
Aktiivinen kuljetusEdellä kuvatut siirrot eivät vaadi solulta energiapanosta. On kuitenkin aineita, jotka on kuljetettava pitoisuusgradienttia vastaan. Tämä vaatii sitten energiankulutusta aktiivisten kuljetusjärjestelmien tai "pumppujen" käyttämiseksi. Veren kulkeutumista aivoihin kutsutaan "virtaukseksi" ja päinvastoin "ulosvirtaukseksi". Jotkut näistä mekanismeista ovat hyvin spesifisiä ja tunnistavat molekyylit muodonsa perusteella ja erottavat siten vasemman ja oikean enantiomeerisen muodon . Esimerkiksi D-asparagiini on välttämätön ainesosa tiettyjen hormonien muodostumiselle. Siksi se hyötyy aktiivisesta impulssikuljettimesta. Toisaalta L-asparagiini on stimuloiva aminohappo, jonka kertyminen aivoihin olisi vahingollista. Siksi se eliminoidaan aktiivisella ulosvirtauksella.
Aktiiviset jätevedensiirtokoneet eivät useinkaan ole kovin erityisiä, vaan niiden tehtävänä on poistaa toisinaan arvaamattomia jätteitä.
Kaikkien alustojen kaikkia kuljetustyyppejä ei ole vielä tunnistettu selkeästi.
Vesicular kuljetusSuuret molekyylit tai jopa aggregaatit, jotka eivät voi käyttää kuljetuskalvoproteiinia, sisällytetään endoteelisoluun endosytoosin avulla : plasmakalvo deformoituu liitettävän kohteen ympärillä olevaksi kuopaksi , sitten kaivon reuna hitsataan ja kalvo peittää sen eheyden, kun taas esine on suljettu rakkulaan. Vesikkeli voi ylittää solun ja avautua vastakkaiselle puolelle käänteisellä mekanismilla ja vapauttaa sen sisällön, tämä on transtosytoosi .
Katso tästä aiheesta tärkeimpien operaattoreiden taulukko .
Kuten edellisessä osassa todettiin, prosessit substraattien kuljettamiseksi veri-aivoesteen läpi ovat hyvin vaihtelevia, sekä kuljetettavan substraatin (substraattien) luonteen että suunnan suhteen, johon kuljetus tapahtuu. Lääketieteen ja farmasian on kuitenkin välttämätöntä tietää, miten huumeet ( psykotrooppiset ) pääsevät aivoihin tai miten estetään esimerkiksi muille elimille tarkoitettujen toksiinien pääsy sinne.
Perinteisin tapa on tehdä testejä in vivo eläimillä ja sitten ihmisillä ("kliiniset tutkimukset"), mutta sitä voidaan käyttää tavalla, joka on helpompi testata in vitro tai simulaatioissa in silico .
Renkin (1959) ja Crone (1965) ovat kehittäneet yksinkertaistetun mallin, joka perustuu yhteen kapillaariin. Tulos ilmaistaan kapillaarinäytteen "läpäisevyyden pintatuote PS ". Se määrittää yhdellä kerralla verimäärä Q : sta uutetun E- osan :
.Kun E <0,2, läpäisevyys on rajoittava tekijä, muuten se on kohtalainen tai suuri.
Yksinkertaisin ja realistisin prosessi on eristettyjen astioiden käyttö, jotka pysyvät elossa jonkin aikaa.
Yhdellä kerroksella kasvatettujen immortalisoitujen endoteelisolulinjojen avulla voidaan suorittaa kvantitatiiviset määritykset. Näiden kerrosten, tiukkojen liitosten laatu mitataan niiden sähkövastuksella, jonka on oltava mahdollisimman korkea. Elävässä organismissa se voi olla luokkaa 2000 Ω cm 2 . Astrosyyttien ja epiteelisolujen sekaviljelmässä se voi nousta 800 Ω cm 2: een .
Ensimmäinen prosessi oli väriaineiden injektio, jota seurasi eläimen anatomiset tutkimukset. Veri-aivoesteen ylittävä väriaine jättää itsepintaisen jäljen. Tämä mahdollistaa esteiden vapaaehtoisten vaurioiden tutkimisen.
In vivo -menetelmät ovat korvaamattomia niiden herkkyyden fysiologisiin olosuhteisiin, ajan, jonka aikana ne voidaan jättää toimimaan, ja veren kulkujen määrän kapillaariverkoston läpi.
Aivojen absorptioindeksiTestiaineen ja helposti imeytyvän aineen, molemmat radioaktiivisesti leimattujen, absorptiosuhteiden suhde antaa aivojen käyttöindeksin (BUI). Tätä menetelmää voidaan soveltaa vain nopeasti imeytyviin aineisiin. Katso taulukosta joitain yleisiä aineita.
Aivojen ulosvirtausindeksiOn myös mielenkiintoista tietää jokaisesta substraatista veri-aivoesteen ulosvirtausominaisuudet. Testattua substraattia verrataan vertailumateriaaliin, joka kykenee huonosti poistumaan esteestä, molemmat radioaktiivisesti leimattuina. Ne injektoidaan mikroon suoraan aivoihin. Aivojen ulosvirtausindeksi ( Brain Efflux Index tai EIB ) lasketaan sen perusteella, mikä jokaisesta potilaasta on jäljellä suhteessa injektoituun.
Aivojen perfuusioPerfuusiomenetelmässä leimattu substraatti perfusoidaan pitkään kaulavaltimoon. Sitten eläin tapetaan ja aivojen radioaktiivisuus mitataan. Herkkä, se on varattu hyvin heikon BEI: n tapauksille.
On edullista erottaa kapillaarit sentrifugoimalla ennen mittausta kaiken siihen vielä sitoutuneen substraatin eliminoimiseksi.
Indikaattorin levitystekniikkaTässä tekniikassa vertailuaineen on oltava kykenemätön ylittämään veri-aivoestettä. Testattavaa substraattia ja referenssia ei ole merkitty radioaktiivisesti. Ne infusoidaan kaulavaltimoon ja annostellaan paluuvereen ( sisäinen kaulalaskimo ). Materiaalien annostus sallii absorboituneen substraatin määrän laskemisen. Tämä tekniikka eroaa toisistaan siksi vain alustoille, jotka helposti ylittävät esteen.
Kvantitatiivinen autoradiografiaKatso Wikikirja valokuvasta, erikoistuneet artikkelit autoradiografiasta ja fluorografiasta .
Vastakkaisessa kuvassa on esitetty rotan alkion aivojen autoradiografia. Radioaktiiviset domeenit ovat tummia (kammion alapuolinen vyöhyke SVZ). Musta viiva antaa asteikon 2 mm .
Tämä tekniikka koostuu hiilellä 14 merkittyn aineen laskimonsisäisestä injektiosta . Elimet leikataan, viipaloidaan mikrotomilla ja kerrostetaan röntgenkalvolle.Merkinnän määrän tiedossa voidaan päätellä näytteen läpäisevyys-pintatuote.
Aivojen sisäinen mikrodialyysiPuoliläpäisevä kalvo istutetaan hermokudokseen . Aineet infusoidaan mikrokatetrin kautta ja / tai interstitiaalinen neste kerätään valinnaisesti jatkuvasti.
Ihmis- aivojensisäinen mikrodialyysi käytetään neurochemical seurannassa vuonna aivohalvauksen .
KuvantamismenetelmätVeri-aivoesteen toiminta, kapillaarien virtaus, liittyy niiden toimittaman hermokudoksen aktiivisuuteen. Näiden kolmen suureen välillä on siis vuorovaikutus, joka voi vaihdella huomattavasti aivojen globaalissa mittakaavassa. Tämä johtaa globaalien kuvien ottamiseen ei-invasiivisesti aivoista, pääasiassa kolmella täydentävällä menetelmällä: positroniemissiotomografia (PET), magneettikuvaus (MRI) ja magneettikuvausspektroskopia (MRS).
Kuten veri-aivojen esteen kuljetusprosessit -osiossa todettiin , on vain muutama aine, joka kykenee ylittämään veri-aivoesteen, minkä vuoksi monet psykotrooppiset lääkkeet epäonnistuvat esteessä. 98% näistä aineista ei voi ylittää veri-aivoestettä.
Siksi olemme työskennelleet vuosikymmenien ajan intensiivisesti sellaisten menetelmien parissa, jotka todennäköisesti mahdollistavat vaikuttavan aineen kulkeutumisen aivoihin, ohittamalla - tai mikä vielä parempaa, selektiivisesti ylittämällä - veri-aivoesteen. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty tai edelleen kehitteillä joukko strategioita veri-aivoesteen voittamiseksi.
Ranskalainen startup-yritys CarThera kehitti lokakuussa 2014 innovatiivisen laitteen veri-aivoesteen väliaikaiseen avaamiseen. Tämä laite perustuu verenkiertoon injektoitujen kaasumikrokuplien ja kohdennetun ultraäänen yhteiseen käyttöön . Periaate on seuraava: kun ultraääniaallot kohtaavat kaasumikrokuplia verisuonissa lähellä kohdebiologista kudosta, ne alkavat värähtelemään aiheuttaen sitten fyysisiä ja biologisia vaikutuksia, jotka johtavat kehon endoteelisolujen ohimenevään epävakautumiseen . aivojen este.
Veri-aivoestehäiriöt voivat johtua kaikenlaisista patologioista. Este itsessään voi olla myös joidenkin hyvin harvinaisten geneettisten neurologisten sairauksien alkuperä .
Veri-aivoesteen suojaavan roolin hajoaminen on monien neurodegeneratiivisten sairauksien ja aivovaurioiden komplikaatio . Tietyt ääreissairaudet, kuten diabetes tai tietyt tulehdukset , vaikuttavat haitallisesti veri-aivoesteen toimintaan.
Muut patologiat voivat häiritä endoteelien toimintaa "sisältä ulospäin", ts. Solunulkoisen matriisin vaikutukset häiritsevät veri-aivoesteen eheyttä. Esimerkiksi meillä on glioblastoma .
Mutta joukko sairauksia ilmenee aivoissa siitä, että tietyt aineet voivat tunkeutua veri-aivoesteeseen. Näitä ovat esimerkiksi HIV , virus-T-lymfotrooppinen ihminen , Länsi-Niilin virus , tietyt bakteerit, kuten aivokalvontulehdus tai kolera-vibrio .
Kun kyseessä on multippeliskleroosi , taudinaiheuttajat ovat soluja yksilön oma immuunijärjestelmä , jonka veri-aivoesteen. Samoin tietyissä ei-aivosyövissä tietyt metastasoituneet solut voivat ylittää veri-aivoesteen ja aiheuttaa aivometastaaseja .
Liiallinen alkoholinkäyttö on merkittävä riskitekijä psykofysiologisissa sairauksissa , tulehduksissa ja alttiudessa bakteeri-infektioille. Lisäksi krooninen alkoholinkäyttö vahingoittaa veri-aivoestettä, jota pidetään tärkeänä tekijänä neurodegeneratiivisten sairauksien puhkeamiseen. Veri-aivoesteen vaurioituminen on osoitettu sekä alkoholistien neuropatologisissa tutkimuksissa että eläinkokeissa.
Eläinkokeissa on todettu, että Myosin-kevytketjukinaasi ( MLCK) -entsyymi johtaa endoteelissa monien tiukan liitoksen proteiinien tai proteiinien sytoskeletin fosforylaatioon , mikä vahingoittaa veri-aivoesteen eheyttä. Lisäksi alkoholin aiheuttama oksidatiivinen stressi johtaa edelleen aivoesteen vaurioitumiseen.
Ei alkoholi itse aktivoi MLCK-entsyymiä endoteelissa, vaan sen metaboliitit.
Veri-aivoesteen toiminnallinen hajoaminen helpottaa leukosyyttien siirtymistä aivoihin, mikä helpottaa neuroinflammatoristen patologioiden kehittymistä.
Tupakan muodossa tapahtuvan nikotiinin krooninen väärinkäyttö lisää paitsi keuhkosyövän, myös sydän- ja verisuonitautien riskiä . Niistä liittyvät sydän- , on suora korrelaatio riskejä dementian . Useat meta-analyysit osoittavat, että tupakoitsijoilla on huomattavasti suurempi riski Alzheimerin taudista johtuvaan dementiaan kuin tupakoimattomilla. Vaskulaarisen dementian tai lievän kognitiivisen vajaatoiminnan riski ei ole lisääntynyt tai kasvaa vain vähän. Eläinten päivittäinen altistuminen nikotiinille muuttaa paitsi veri-aivoesteen toimintaa myös yksilöiden rakenteessa. Sakkaroosi-malli voi kulkeutua endoteelien läpi huomattavasti helpommin, mikä heijastaa itse asiassa ZO-1: n tiukan liitoksen proteiinien muuttunutta jakautumista ja klaudiini-3: n vähentynyttä aktiivisuutta.
Jälkeen krooninen altistuminen nikotiini, lisääntynyt muodostuminen mikrovillusten huonosti Na + / K + / 2Cl - ja natrium-kalium-pumpun muodostumista havaittiin endoteelin .
Epidemiologiset tutkimukset osoittavat, että tupakoitsijoilla on huomattavasti suurempi riski saada bakteeri-aivokalvontulehdus verrattuna tupakoimattomiin. Nikotiini muuttaa sytoskeletin aktiinifilamentteja , mikä näyttää helpottavan patogeenien, kuten E. coli , kulkeutumista aivoihin.
Tiettyjä yhdisteitä, joilla on rajallinen diffuusio, esimerkiksi antagonisti nikotiinin metyylilykakonitiinia joka sitoutuu Nikotiiniasetyylikoliinireseptorin (nAChR), ja johon puolia ovat johtuvan nikotiinin peruuttamista, kulkua veri-aivoesteen vaikeutuu.
Immunoglobuliiniin G perustuvan rokotteen kehittäminen on tutkimuksen kohteena. Tämän rokotteen odotetaan stimuloivan vasta-aineita, jotka sitoutuvat spesifisesti nikotiiniin, ja siten estävät sen kulkeutumisen veri-aivoesteen läpi.
Sähkömagneettisen säteilyn haitalliset terveysvaikutukset välillä MHz - GHz suurella energiatiheydellä ovat hyvin tunnettuja. Heidän kanssaan valmistamme ruokaa mikroaaltouunissa. Paljon alhaisemman energiatiheyden omaavan säteilyn vaikutukset, kuten puhelin- tai mobiilimultimediaohjelmissa, ovat kuitenkin kiistanalaisia. Erityiset vaikutukset veri-aivoesteeseen ovat epävarmuustekijöitä.
Suurilla sähkömagneettisen säteilyn energiatiheyksillä havaitaan kehon kudoksen merkittävä lämpeneminen. Kallossa tämä lämpeneminen voi vaikuttaa veri-aivoesteeseen ja tehdä siitä läpäisevämmän. Havaitsemme tällaisia lämmitysvaikutuksia ääreisjärjestelmiin. Matkapuhelinolosuhteissa aivot lämpenevät enintään 0,1 K (15 minuuttia keskustelua suurimmalla lähetysteholla). Kuuma kylpy tai raskas kori voi lämmittää aivoja kovemmin ilman vaaraa. Tieteelliset tutkimukset, jotka ovat peräisin 1990-luvun alkupuolelta, erityisesti ruotsalaisen neurokirurgi Leif G.Salfordin (Lundin yliopisto) ryhmässä , raportoivat veri-aivoesteen avautumisesta ei-lämpöalueella GSM- taajuuksilla .
Muut työryhmät eivät vahvista Salfordin tuloksia, mutta jotkut kyseenalaistavat käytetyn menetelmän.
Ensimmäinen kontrasti aine kehitetty MRI on gadolinium (Gd). Myrkyllisyytensä vuoksi se on pakattava ( kelatoitu ) DTPA- molekyyliin . Vuonna 1984 saatiin siten Gd-DTPA, jolla oli potentiaalia saada parannettuja MRI-tutkimuksia veri-aivoesteen paikallisten vaurioiden diagnosoimiseksi. Gd-DTPA-molekyyli on hyvin polaarinen ja siksi aivan liian hydrofiilinen ylittääkseen terveellisen veri-aivoesteen. Esimerkiksi tiukkojen liitosten muutokset, kuten ne, jotka voivat johtua glioblastoomasta, mahdollistavat tämän kontrastituotteen parasellulaarisen kuljetuksen aivokudokseen. Siellä se vahvistaa kontrastia vuorovaikutuksessa ympäröivän veden protonien kanssa ja tekee näkyväksi veri-aivoesteen viat. Koska kasvaimen ruokinnasta vastaavat alukset kärsivät, voimme arvostaa sen laajenemista.
Akuutin aivohalvauksen yhteydessä veri-aivoesteen vaurio voidaan diagnosoida samalla tavalla kontrastilla tehostetulla MRI: llä.
Määrittämällä rentoutumisaika , Gd-DTPA: n määrä aivokudoksessa voidaan kvantifioida.
Käyttämällä radioaktiivisella elementillä leimattuja merkkiaineita, jotka eivät normaalisti kulje veri-aivoesteen läpi, voidaan myös tutkia jälkimmäisten toimintaa ihmisillä. Tätä varten voidaan periaatteessa käyttää yhden fotonin emissiotomografiaa (TEMP, tai englanniksi SPECT ) tai positroniemissiotomografiaa (PET tai englanniksi PET ).
Esimerkiksi potilailla, joilla on akuutti aivohalvaus, lisääntynyt otto heksa-metyyli-propeeni-amiini-oksiimi (HMPAO) kelatoitunut 99m Tc voidaan osoittaa .
Veri-aivoesteen viat voidaan kvantifioida myös käyttämällä tietokonetomografiaa hajottamalla sopivat varjoaineet kapillaareista.
Ensimmäinen todiste veri-aivoesteen olemassaolosta tulee saksalaiselta kemistiltä Paul Ehrlichiltä . Vuonna 1885 hän havaitsi, että kun elintärkeät vesiliukoiset väriaineet oli injektoitu rottien verenkiertoon, kaikki elimet värjättiin paitsi aivot ja selkäydin.
Vuonna 1904 hän teki väärän johtopäätöksen, toisin sanoen tämän löydön syy oli aivokudoksen matala affiniteetti ruiskutettua väriä kohtaan.
Vuonna 1909 Edwin Goldmann , entinen Paul Ehrlichin yhteistyökumppani, ruiskutti laskimoon viisi vuotta aiemmin Ehrlichin syntetisoiman väriaineen trypaninsinistä , atsoväriainetta . Tämän jälkeen hän huomaa, että choroideus plexus , toisin kuin sitä ympäröivä aivokudos, on selvästi värjätty. Vuonna 1913 hän ruiskutti saman aineen suoraan koirien ja kaneiden aivo-selkäydinnesteeseen. Goldmann päättelee, että aivo-selkäydinnesteellä ja plexus choroideuksella on tärkeä tehtävä ravinteiden kuljettamisessa keskushermostoon. Lisäksi hän epäilee estotoimintaa neurotoksisia aineita vastaan.
Vuonna 1898 Arthur Biedl ja Rudolf Kraus tekivät kokeita gallihapolla . Tämän yhdisteen todetaan olevan myrkytön levitettynä yleiseen verenkiertoon. Mutta sen injektio aivoihin on neurotoksinen , ja reaktiot voivat ulottua jopa koomaan .
Max Lewandowsky käytti kaliumferrosyanidia vastaavissa kokeissa vuonna 1900 ja pääsi samanlaisiin johtopäätöksiin kuin Biedl ja Kraus. Lewandowsky käyttää ”veri-aivoesteen” käsitettä ensimmäistä kertaa.
Vuonna 1890 Charles Smart Roy ja tuleva Nobel-palkinnon voittaja Charles Scott Sherrington väittivät, että aivoissa on sisäinen mekanismi verisuonten saannin sovittamiseksi paikallisiin toiminnan vaihteluihin:
"Aivoissa on sisäinen mekanismi, jolla verisuonten tarjontaa voidaan vaihdella paikallisesti vastaavasti paikallisten funktionaalisen aktiivisuuden vaihteluiden kanssa. "
Lina Stern syntyi 26. elokuuta 1878 ja kuoli 7. maaliskuuta 1968 Moskovassa. Neuvostoliiton naislääkäri ja biokemisti, Venäjän tiedeakatemian ensimmäinen naisjäsen , antoi todellisen panoksen veri-aivoesteen tutkimukseen, jonka hän nimitti sellaiseksi. 1921.
Veri-aivoesteen ja veri-aivo-selkäydinnesteesteen välinen ero otettiin 1930-luvulla huomioon Friedrich Karl Walterin ja Hugo Spatzin toimesta. He väittivät, että aivo-selkäydinnesteen virtaus ei sinänsä ollut riittävä varmistamaan keskushermoston kaasunvaihtoa.
Vaikka Goldmannin ja Ehrlichin kokeet olivat osoittaneet esteen olemassaolon verenkierron ja keskushermoston välillä, viimeiset epäilyt sen olemassaolosta hajotettiin vasta 1960-luvulla. Kriittinen kohta Goldmannin kokeessa oli, että veri ja aivo-selkäydinneste, kaksi nestettä, joihin hän oli injektoinut väriaineita, erosivat huomattavasti toisistaan, mikä voisi vaikuttaa diffuusiokäyttäytymiseen ja affiniteettiin hermokudokseen . Ymmärtämisen vaikeutti vielä kokeellinen havainto, että emäksiset atsovärit värjäsivät hermokudosta ylittäen siten esteen, kun taas happamat väriaineet eivät. Ulrich Friedemann päätteli, että syynä olivat väriaineiden sähkökemialliset ominaisuudet: aivokapillaarit läpäisivät aineita, jotka olivat neutraaleja tai joiden pH oli korkeampi kuin veri, ja muita läpäisemättömiä. Mutta myöhemmin, kun testattiin suuren määrän aineiden kykyä ylittää veri-aivoesteet, tämä hypoteesi osoittautui riittämättömäksi. Seuraavissa selittävissä malleissa esiteltiin ja keskusteltiin koko joukosta parametreja, kuten moolimassa, molekyylikoko, sitoutumisaffiniteetit, dissosiaatiovakiot, lipofiilisyys, sähkövaraus ja niiden erilaiset yhdistelmät.
Nykyinen käsitys veri-aivoesteen perusrakenteesta perustuu hiiren aivojen elektronimikroskooppisiin näkymiin, jotka saatiin 1960-luvun lopulla.Thomas S.Reese ja Morris J.Karnovsky pistivät eläimiä kokeidensa aikana piparjuuriperoksidaasilla (HRP) laskimoon. He löysivät entsyymin elektronimikroskoopin alla vain kapillaarien ontelosta ja endoteelisolujen mikropinosyyttisistä rakkuloista. Endotelian ulkopuolella, solunulkoisessa matriisissa, he eivät löytäneet peroksidaasia. He päättelivät, että endoteelisolujen tiukat liitokset estävät kulkeutumisen aivoihin.