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血腦屏障
中樞神經(jīng)系統的重要結構
血腦屏障是指腦毛細血管壁與神經(jīng)膠質(zhì)細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡(luò )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(zhì)（多半是有害的）由血液進(jìn)入腦組織。血液中多種溶質(zhì)從腦毛細血管進(jìn)入腦組織，有難有易；有些很快通過(guò)，有些較慢，有些則完全不能通過(guò)，這種有選擇性的通透現象使人們設想可能有限制溶質(zhì)透過(guò)的某種結構存在，這種結構可使腦組織少受甚至不受循環(huán)血液中有害物質(zhì)的損害，從而保持腦組織內環(huán)境的基本穩定，對維持中樞神經(jīng)系統正常生理狀態(tài)具有重要的生物學(xué)意義。
基本信息
| 中文名 | 血腦屏障 |
| 外文名 | Blood Brain Barrier |
| 影響 | 維持中樞神經(jīng)系統正常生理狀態(tài) |
| 功能 | 防止疾病入侵大腦 |
| 部位 | 大腦 |
簡(jiǎn)介
血腦屏障（blood brain barrier）
毛細血管內皮（連續型，內皮細胞間有緊密連接）
結構基膜（完整）
膠質(zhì)膜（星形膠質(zhì)細胞的腳板）
功能：防止有害物質(zhì)進(jìn)入腦內，維持內環(huán)境的相對恒定。
測量模型
特點(diǎn)
與傳統血腦屏障系統相比，Flocel體外動(dòng)態(tài)血腦屏障系統模型特點(diǎn)如下：
- 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(zhì)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(shí)的細胞做實(shí)驗
- 比現存的靜態(tài)模型更能形成緊密的連接
- 降低藥物研發(fā)的成本
1.DIV-BBB?管腔
特性 | 優(yōu)點(diǎn) |
可控制腔內/非腔體積比 體型小，僅175px長(cháng) 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(jiǎn)單 一次性使用，不能重復使用 |
TEER檢測系統為研發(fā)人員提供了一個(gè)快速、簡(jiǎn)便地評估血腦屏障完整性方法，此外，電阻抗值（>1000Ω-cm）也非常接近體內數值。TEER檢測系統同時(shí)配帶了所需檢測軟件、電線(xiàn)和襯板，可供4個(gè)DIV-BBB管腔同時(shí)使用。其中檢測軟件可以自定義設置泵的流速、頻率、波形等參數。其它特性及優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)下表：
特性 | 優(yōu)點(diǎn) |
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(dòng)檢測多個(gè)管腔 | 可同時(shí)連接4個(gè)盒子 |
檢測軟件可自定義設置泵的流速、頻率、波形等參數 | 檢測電阻抗，記錄數據 |
USB連接 |
結構
介于血液和腦組織之間的對物質(zhì)通過(guò)有選擇性阻礙作用的動(dòng)態(tài)界面，由腦的連續毛細血管內皮及其細胞間的緊密連接、完整的基膜、周細胞以及星形膠質(zhì)細胞腳板圍成的神經(jīng)膠質(zhì)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(chēng)。
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(diǎn)（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。內皮細胞彼此重疊覆蓋，而且連接緊密，能有效地阻止大分子物質(zhì)從內皮細胞連接處通過(guò)。
②內皮細胞還被一層連續不斷的基膜包圍著(zhù)。
③基膜之外更有許多星形膠質(zhì)細胞的血管周足（終足）把腦毛細血管約85%的表面包圍起來(lái)。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(shí)，內皮細胞間的緊密粘合處開(kāi)放，由于內皮細胞腫脹重疊部分消失，很多大分子物質(zhì)可隨血漿濾液滲出毛細血管，這會(huì )破壞腦組織內環(huán)境的穩定，造成嚴重后果。
發(fā)現
20世紀初發(fā)現，給動(dòng)物靜脈注射苯丙胺后，此藥可以分布到全身的組織器官，唯獨腦組織沒(méi)有它的蹤跡。注射臺盼藍（錐蟲(chóng)藍）涂料以后，全身組織都著(zhù)色，而腦和脊髓則不著(zhù)色。以后陸續發(fā)現很多藥物和染料注入動(dòng)物體后，都有類(lèi)似的分布情況。這些事實(shí)都啟示人們想到有保護腦組織的“屏障”存在。向雞胚注入谷氨酸后，發(fā)現谷氨酸能迅速進(jìn)入雞胚的腦組織，但在成年雞腦中則很難進(jìn)入。初生兒腦毛細血管的通透性遠較成年人為高，得重癥黃疸后，膽汁色素很快透入中樞神經(jīng)系統，并破壞基底神經(jīng)節形成核黃疸。而在成人黃疸患者的中樞神經(jīng)系統則不受膽汁色素的污染。以上事實(shí)說(shuō)明血腦屏障結構功能的完善，是隨動(dòng)物個(gè)體發(fā)育的完善而形成的。
正常功能
血腦屏障的顯微結構已如上述，包括無(wú)孔或少孔的內皮細胞、連續的基底膜和有疏松連結的星形膠質(zhì)細胞血管周足組成的斷續膜，它們構成血腦屏障控制血漿各種溶質(zhì)選擇性的通透，有的學(xué)者把它叫關(guān)門(mén)或安全瓣，把有害物質(zhì)拒之腦組織之外使它不能逸出腦毛細血管，比較形象地說(shuō)明了血腦屏障的正常功能。但是三種成分在完成正常功能時(shí)哪個(gè)起主要作用則有不同觀(guān)點(diǎn)。日本藥理學(xué)家中井健五認為：“屏障中起主要作用的是星形膠質(zhì)細胞，內皮細胞在一定程度上也起重要作用”。按顯微結構來(lái)看，腦毛細血管周足包圍血管面積不過(guò)85%左右，還有相當大裸露部分可供有害物質(zhì)的滲出，顯然這種說(shuō)法是有缺陷的。
屏障部位
①用分子量較小的辣根過(guò)氧化酶（一種蛋白質(zhì)，分子量約40000，分子直徑約500～600納米）或其片段作為通透毛細血管壁的標記物，小分子量的辣根過(guò)氧化酶片段可以很快通過(guò)肌肉的毛細血管進(jìn)入肌肉組織，但在腦毛細血管的這種酶片段則被阻于血管內而不能進(jìn)入腦組織。在這種屏障作用中，基底膜和血管周足斷續膜只起輔助作用。
決定因素
◆物質(zhì)的脂溶性
血中溶質(zhì)必須通過(guò)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(lèi)脂為基架的雙分子層的膜結構，具有親脂性，脂溶性物質(zhì)容易通過(guò)。因此血中溶質(zhì)的脂溶性高低決定其通過(guò)屏障的難易和快慢。脂溶性越高的溶質(zhì)通過(guò)屏障進(jìn)入腦組織的速度也越快。根據這一規律可將某些中樞神經(jīng)系統藥物加以改造，使之更容易進(jìn)入腦組織以便更快發(fā)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(jìn)入腦組織很慢，但如改造成苯巴比妥，由于具有較強的親脂性，故能更容易通過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織，很快發(fā)揮其催眠麻醉效應。又如嗎啡改造成二乙酰嗎啡就比較容易通過(guò)親脂性?xún)绕ぜ毎さ竭_腦組織更快發(fā)揮其鎮痛作用。類(lèi)胡蘿卜素是一種脂溶性的色素，但是類(lèi)胡蘿卜素家族中只有蝦青素是唯一能通過(guò)血腦屏障的物質(zhì)。
◆物質(zhì)的親水性
不論帶正電荷或負電荷的溶質(zhì)，溶于水時(shí)即與水分子的氧原子形成氫鍵，溶質(zhì)所帶電荷越多形成氫鍵的能力越強，水溶性也越強，通過(guò)血腦屏障的能力也越差。但是水本身和葡萄糖等溶質(zhì)因分子量很小，可通過(guò)內皮細胞和星形膠質(zhì)細胞的連接部入腦。腎上腺素和去甲腎上腺素由于水溶性強而且羥基多，很難通過(guò)屏障入腦。氨基酸能通過(guò)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(zhì)結合后就不容易透過(guò)血腦屏障，因此無(wú)從發(fā)揮其生理效應；必須待其游離以后才能通過(guò)屏障發(fā)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(mǎn)足生理的需要。游離的甲狀腺素很容易進(jìn)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(guò)屏障的劑量。
◆載體運轉系統
病理變化
中樞神經(jīng)系統疾病常引起血腦屏障結構和功能的劇烈變化。如前已提及的新生兒核黃疸和血管性腦水腫，使腦毛細血管內皮細胞間緊密連接開(kāi)放，屏障的通透性顯著(zhù)提高以致血漿白蛋白（分子量為69000）這樣的大分子物質(zhì)都可通過(guò)屏障。嚴重腦損傷導致血腦屏障的嚴重破壞，使血清蛋白也可通過(guò)屏障進(jìn)入腦組織。隨損傷的修復，大分子物入腦首先停止。完全恢復后小分子物交換加快現象也會(huì )消失，此時(shí)血腦屏障功能已經(jīng)正常。電離輻射、激光和超聲波都可使血腦屏障的通透性增加。
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