В 1885 году немецкий врач Пауль Эрлих вводил животным в кровь анилиновые красители. Органы окрашивались: печень, почки, лёгкие. Мозг оставался светлым, как будто в нём краситель не задерживался. Эрлих решил, что у мозга просто низкое сродство к красителю. Его ученик Эдвин Гольдманн в 1913 году поставил обратный опыт: ввёл краситель трипановый синий в спинномозговую жидкость, и тогда окрасился мозг, а остальное тело нет. Значит, дело не в мозге, а в преграде между кровью и ним. Её назвали гематоэнцефалическим барьером.
Из чего построена стена
Через мозг проходит около 600 километров капилляров. В большинстве органов клетки их стенки неплотно прилегают друг к другу и пропускают вещества. В мозге они склеены белковыми «застёжками», плотными контактами, и практически не оставляют щелей. Снаружи сосуд обхватывают отростки астроцитов, а между ними лежат перициты. Вместе с клетками стенки они образуют нейроваскулярную единицу. Через такую стену свободно проходят кислород, углекислый газ и небольшие жирорастворимые молекулы. Остальное допускается через специальные переносчики. Глюкоза перемещается белком GLUT1, аминокислоты своими переносчиками, а вредные вещества выбрасываются обратно насосами.
Зачем
Нейроны чувствительны к составу среды. Колебания калия, глутамата и других веществ в крови могли бы нарушать передачу сигналов. Барьер поддерживает постоянство среды и защищает от токсинов и многих микробов. Некоторые области лишены барьера: например, в области, где мозг следит за составом крови и запускает рвоту при отравлении, сосуды проницаемы.
Проблема лекарств
Свойство, защищающее мозг, мешает лечить его. Подавляющее большинство крупных молекул и значительная часть небольших не проходит. Поэтому для многих препаратов нельзя просто ввести их в кровь. Разрабатывают способы обхода: введение в спинномозговую жидкость, молекулы, использующие естественные переносчики, наночастицы и временное открытие барьера сфокусированным ультразвуком. Антитела, применяемые при болезни Альцгеймера, проходят барьер в малой доле, и эту особенность учитывают при расчёте доз.
Когда барьер ослабевает
При инсульте, травме, воспалении и некоторых болезнях проницаемость растёт. Это бывает полезно (иммунным клеткам проще дойти до очага) и вредно (проникают токсины, развивается отёк). Исследователи обсуждают роль нарушения барьера при старении и деменции, но причинно-следственные связи ещё выясняются. Обзор Ричарда Данемана и Алисии Прат (2015) описывает современное понимание.