Григорий Кассиль - Внутренняя среда организма
При некоторых физиологических и патологических состояниях, сопровождающихся повышением проницаемости гематоэнцефалического барьера, в цереброспинальной жидкости накапливается значительное количество различных химических веществ, влияющих на состояние мозга. В свою очередь, возбужденные или заторможенные клетки центральной нервной системы выделяют в окружающую среду все новые и новые продукты своего обмена веществ (адренергические, холинергические, гистаминергические, серотонинергические соединения). Это способствует в одних случаях распространению возбуждения по всей нервной системе или по определенным ее отделам, в других случаях ее торможению.
Тесное взаимодействие между состоянием гематоэнцефалического барьера, трофикой, обменом и питанием мозга доказывает, что в основе его деятельности лежит принцип саморегулирования. Совершенно естественно, что барьер находится под контролем нервных и гуморальных механизмов, координирующих и коррелирующих функции и потребности центральной нервной системы. Вот почему поступление в мозг некоторых совершенно необходимых для его питания веществ, например, глюкозы, аминокислот, липидов, электролитов и т. д., как бы регламентировано, особенно в тех случаях, когда их содержание в крови выходит за пределы физиологической нормы.
Для центральной нервной системы одинаково опасен как недостаток питательных веществ, так и их избыток. Здесь принцип постоянства действует буквально с математической точностью.
Но существует еще один механизм, с помощью которого гематоэнцефалический барьер осуществляет свои защитные и регуляторные функции. Состояние гематоэнцефалического барьера, т. е. его активность и избирательная проницаемость, зависят от уровня обменных процессов, совершающихся не только в клетках и тканях мозга, но и в самих структурах барьера. Оно изменяется в зависимости от потребностей нервных элементов в питательных веществах.
Особо важное значение нейроглии для барьерных функций мозга известно давно. Около 85% поверхности мозговых капилляров покрыто отростками звездчатых клеток — астроцитов. Их присосковые ножки стягивают стенки капилляров и тем самым замедляют переход веществ из крови в ткань мозга. Одновременно они высасывают из капилляров необходимые питательные вещества, например глюкозу, и передают их нейронам (рис. 13). Не случайно их называют «клетками-кормилицами». В связи с этим возникло предположение, что вода и соли проходят сквозь клетки нейроглии, которые совершают при этом пульсирующие ритмические движения, облегчающие движение веществ из крови к нейронам.
Французский ученый Лабори описал метаболические функции гематоэнцефалического барьера. Оказалось, что элементы, образующие анатомическую основу барьерных механизмов центральной нервной системы, содержат наборы различных ферментов, способных разрушать и инактивировать некоторые вещества, содержащиеся в крови. Так, например, в нейроглии клетки типа А вырабатывают в основном ферменты, обеспечивающие преимущественно обмен пентоз, в то время как клетки типа В осуществляют свой обмен по трикарбоновому циклу, а клетки типа С содержат ферменты обоих видов. Астроциты, играющие наиболее важную роль в реализации барьерных функций, принадлежат к типу А, клетки особой ткани мозга олигодендроглии — к типу С. Нейроны, самые важные и незаменимые элементы центральной нервной системы, ориентируют свою метаболическую активность по трикарбоновому циклу и могут функционировать только благодаря снабжению со стороны нейроглии. Глия поставляет им гликоген и благодаря своей высокой восстановительной способности освобождает нейроны от окисленных продуктов обмена. При этом глия может менять окислительный потенциал отдельных входящих в ее состав элементов. Это вызывает изменение электрического заряда клеток, что приводит к повышению или снижению проницаемости гематоэнцефалического барьера. По-видимому, барьер становится менее проницаемым, если астроциты слабо поляризованы, т. е. окислительный потенциал их повышен.
Рис. 13. Схематическое изображение взаимоотношений между тканью мозга, цереброспинальной жидкостью и кровью.
Н — нейрон; А — астроцит; MB — миэлиновое нервное волокно; К — капилляр, Э — эпендима, слой эпителиальных клеток, выстилающих стенки желудочков мозга; ПМ — поверхность мозга. Стрелки обозначают движение цереброспинальной жидкости в ткань мозга (по В. А. Отеллину).
Многие исследователи высказывают предположение, что вещества, поступающие из крови в центральную нервную систему через структурные образования гематоэнцефалического барьера, подвергаются ферментативной перестройке. В одних случаях это может облегчить их переход в мозг, в других — затруднить, в третьих полностью разрушить или нейтрализовать их биологическую активность.
Однако природа изобретательна. Она нашла еще один путь (отступая от научной терминологии — путь «контрабанды») для проникновения веществ из крови в центральную нервную систему. В некоторых случаях лейкоциты крови, начиненные поглощенными ими бактериями (явление фагоцитоза) или химическими веществами, проникая сквозь щели эндотелия капилляров мозга в «забарьерную» зону, переносят инфекционное или ядовитое начало. Установлено, например, что большие подвижные клетки — гепариноциты, нагруженные гепарином, гистамином, серотонином и, возможно, другими биологически активными веществами, начинают при определенных обстоятельствах проникать в кору головного мозга. Перешагнув барьер, они освобождаются от «груза» и тем самым способствуют поступлению его во внутреннюю среду мозга.
* * *Таким образом, гематоэнцефалический барьер — это очень тонко реагирующий физиологический механизм, состояние которого изменяется в зависимости от условий среды и потребностей центральной нервной системы. Проницаемость увеличивается при голодании и недостатке кислорода, под влиянием различных гормонов, при удалении некоторых желез внутренней секреции (щитовидной, гипофиза, поджелудочной), при повышении температуры тела до 41—42° или при снижении ее до 34—35°. Многие инфекционные заболевания, беременность, лактация, черепно-мозговая травма, облучение, наркоз могут изменить функции гематоэнцефалического барьера и облегчить поступление как чужеродных, так и свойственных организму веществ из крови в мозг.
Проницаемость гематоэнцефалического барьера меняется в различные периоды жизни человека и животных. Она очень высока у новорожденных и в первые недели и месяцы жизни и заметно снижается к старости. У животных, рождающихся с закрытыми глазами (крольчата, щенята, котята), почти все вещества, введенные в кровь, проникают в центральную нервную систему. Нормальная функция барьера устанавливается лишь после созревания. Состояние барьера в значительной степени определяется зрелостью нервной системы как анатомической и физиологической, так и биохимической. Вероятно, этим объясняется слабая активность гематоэнцефалического барьера у детей в раннем возрасте. Хорошо известно, что в детском возрасте гораздо чаще, чем у взрослых, наблюдаются нарушения деятельности центральной нервной системы.
Большой интерес представляет еще одно наблюдение. Как известно, серотонин задерживается гематоэнцефалическим барьером. Но у новорожденных задержка отсутствует, так как ферментные системы, катализирующие образование серотонина в мозгу, еще не созрели. Но как только в ткани мозга начинается образование собственного серотонина, барьер становится для него непроницаемым. Проникает в мозг только предшественник серотонина — триптофан, превращающийся в медиатор уже по ту сторону барьера.
Однако искусственно изменить состояние барьера удается не всегда. Во многих случаях это почти неразрешимая задача. Многие вещества, именно те, которые больше всего необходимы для экспериментальных или терапевтических целей, не поступают в нервную систему и при нарушении барьера. Нередко количество их оказывается недостаточным для того, чтобы воздействовать на бактерии и их токсины, попавшие в мозг, а наряду с лечебными веществами в центральную нервную систему проникают из крови иногда и вредные, ядовитые отбросы, шлаки тканевого обмена, отравляющие мозговые клетки.
Но все же один факт является бесспорным. Во многих случаях необходимо повысить проницаемость гематоэнцефалического барьера, и если нет другого пути — обойти его, для того чтобы воздействовать на нервные образования. В этих случаях лекарственные препараты, антибиотики и лечебные сыворотки приходится вводить непосредственно в желудочки мозга, вернее в цереброспинальную жидкость, в обход барьера.
Вливание лечебной сыворотки в кровь не спасает животное, пораженное столбняком, оно быстро погибает. Но если ввести сыворотку в цереброспинальную жидкость, наступает улучшение. Столбнячный токсин, связывающийся с нервными клетками, становится доступным антителам, содержащимся в сыворотке, и животное выздоравливает. Это экспериментальное исследование было перенесено в клинику. Лечение столбняка «обходным маневром» — введением сыворотки в цереброспинальную жидкость принято на вооружение и во многих случаях спасает жизнь больным. Метод этот был использован и при ряде других инфекционных заболеваний, например, при туберкулезном менингите, энцефалитах, сифилитических поражениях мозга и т. д.
