Barriera emato-encefalica: lo strato protettivo del cervello

Nel cervello e nell'intero sistema nervoso è un organo fondamentale per l'essere umano. Pertanto, è fortemente protetto dalle ossa (cranio e colonna vertebrale) e da un sistema di tre strati di membrane chiamate meningi. La sicurezza del diverso parti del cervello è stata rafforzata da milioni di anni di evoluzione.

Tuttavia, sebbene tutti questi elementi possano essere essenziali per proteggere il cranio da un colpo o da un trauma, possono non essere sufficiente per proteggere il cervello da altri tipi di pericoli come le infezioni virali che potrebbero passare attraverso il sangue. Per evitare il più possibile tali pericoli, abbiamo un altro tipo di protezione: la barriera ematoencefalica (BBB).

La scoperta del BBB

Sebbene in precedenza si sospettasse l'esistenza di qualcosa che separava il contenuto del sangue presente nel sistema sanguigno e nel sistema nervoso, la verifica di questo fatto non sarebbe arrivata fino a quando 1885. Un ricercatore di nome Paul Ehrlich avrebbe introdotto un colorante nel flusso sanguigno di un animale e in seguito avrebbe osservato che

l'unico punto che non si macchiava era il sistema nervoso centrale, e nello specifico il cervello. Il motivo di ciò doveva essere legato a un sistema di protezione che circondava quell'area come se fosse una membrana.

In seguito un altro ricercatore, Edwin Goldman, avrebbe tentato il processo inverso colorando il liquido cerebrospinale, osservando che le uniche parti colorate corrispondevano al tessuto nervoso. Questi esperimenti riflettono l'esistenza di qualcosa che produce un alto livello di blocco tra il sistema nervoso e il resto del corpo, qualcosa che anni dopo sarebbe stata chiamata la barriera ematoencefalica da Lewandowski ed esplorata da un gran numero di esperti.

Una protezione tra il sangue e il cervello

La barriera ematoencefalica è un piccolo strato di cellule endoteliali, cellule che fanno parte della parete dei vasi sanguigni, situato lungo la maggior parte dei capillari che irrorano il cervello. La caratteristica principale di questo strato è la sua elevata impermeabilità, che non consente il passaggio di un gran numero di sostanze dal sangue al cervello e viceversa.

In questo modo il BHE agisce da filtro tra il sangue e il sistema nervoso. Nonostante ciò, alcune sostanze come acqua, ossigeno, glucosio, anidride carbonica, amminoacidi e alcune altre molecole possono passare, essendo l'impermeabilità relativa.

La sua azione di filtro si esplica sia attraverso la sua struttura, restringendo l'unione tra le cellule che compongono il passaggio alle diverse sostanze, come attraverso il metabolismo delle sostanze per raggiungerlo attraverso l'uso di enzimi e trasportatori. Cioè, ha un aspetto fisico e un altro che è chimico.

Sebbene la barriera ematoencefalica sia essa stessa uno strato di cellule endoteliali, il suo corretto funzionamento dipende anche da altri tipi di strutture cellulari. Nello specifico, è supportato da cellule chiamate periciti, che forniscono supporto strutturale e circondano le cellule endoteliali, mantenendo stabile la parete del vaso sanguigno, così come la microglia.

I punti ciechi del BHE

Nonostante l'importanza della barriera ematoencefalica nella protezione del sistema nervoso non copre l'intero cervello, poiché il cervello ha bisogno di ricevere ed essere in grado di emettere alcune sostanze, come gli ormoni e neurotrasmettitori. L'esistenza di questo tipo di punti ciechi è necessaria per garantire il corretto funzionamento del organismo, dal momento che non è possibile mantenere il cervello totalmente isolato da ciò che accade nel resto del Corpo.

Le aree non protette da questa barriera sono intorno al terzo ventricolo cerebrale e sono chiamate organi circumventricolari. In queste aree i capillari presentano un endotelio fenestrato, con alcune aperture o accessi che consentono il flusso di sostanze da un lato all'altro della membrana.

I siti privi di barriera ematoencefalica sono principalmente del sistema neuroendocrino e del sistema nervoso autonomo, alcune delle strutture di questo gruppo di organi circumventricolari essendo la neuroipofisi, il Ghiandola pineale, alcune aree del ipotalamo, l'area postema l'organo vascolare della lamina terminalis e l'organo subfornicale (sotto il fornice).

Attraversare la barriera ematoencefalica

Come abbiamo visto, la barriera ematoencefalica è permeabile, ma in modo relativo, poiché permette il passaggio di alcune sostanze. Indipendentemente dai luoghi in cui la barriera emato-encefalica non è presente, ci sono una serie di meccanismi attraverso i quali possono attraversarlo componenti essenziali per il funzionamento delle cellule.

Il meccanismo più comune e utilizzato in questo senso è l'uso di trasportatori, in cui l'elemento o la sostanza da trasportare si lega a un recettore che successivamente entra nel citoplasma della cellula endoteliale. Una volta lì, la sostanza si separa dal recettore ed è escreta dall'altra parte dalla stessa cellula endoteliale.

Un altro meccanismo attraverso il quale le sostanze attraversano la barriera ematoencefalica è la transcitosi, processo in cui si formano nella barriera una serie di vescicole attraverso le quali le sostanze possono passare da un lato all'altro.

La diffusione transmembrana permette a ioni di diversa carica di muoversi attraverso la barriera emato-encefalica, agendo sul carica elettronica e gradiente di concentrazione tale che le sostanze su entrambi i lati della barriera sono attratte l'una dall'altra.

Infine, un quarto meccanismo attraverso il quale alcune sostanze passano al cervello senza che la barriera ematoencefalica intervenga è quello di saltarlo direttamente. Un modo per farlo è usare i neuroni sensoriali, forzando una trasmissione nella direzione inversa attraverso l'assone del neurone al suo soma. È il meccanismo utilizzato da malattie ben note come la rabbia.

Funzioni principali

Come è già stato possibile intravedere alcune delle proprietà che fanno della barriera ematoencefalica un elemento essenziale per il sistema nervoso, poiché questo strato di cellule endoteliali svolge principalmente le seguenti funzioni funzioni.

La funzione principale della barriera ematoencefalica è quella di proteggere il cervello dall'arrivo di sostanze esterne, impedendo il passaggio di questi elementi. In questo modo, la stragrande maggioranza delle molecole esterne al sistema nervoso stesso non può influenzarlo, impedendo che gran parte delle infezioni virali e batteriche colpiscano il cervello.

Oltre a questa funzione difensiva bloccando l'ingresso di elementi dannosi, la sua presenza permette anche la corretta mantenimento dell'ambiente neurale mantenendo costante la composizione del fluido interstiziale che bagna e mantiene la cellule.

Una funzione finale della barriera ematoencefalica è quella di metabolizzare o modificare gli elementi per produrli incrocio tra sangue e tessuti nervosi senza alterare in alcun modo il funzionamento del sistema nervoso indesiderato. Naturalmente, alcune sostanze sfuggono a questo meccanismo di controllo.

Una protezione terapeuticamente problematica

Il fatto che la barriera emato-encefalica sia così impermeabile e non permetta l'ingresso della maggior parte degli elementi è utile quando la funzione cerebrale è corretta e non è richiesto alcun intervento medico o medico psichiatrico. Ma nei casi in cui è necessaria un'azione esterna a livello medico o farmacologico, questa barriera rappresenta una difficoltà con cui è difficile da trattare.

Ed è che gran parte dei farmaci che vengono applicati a livello medico e che sarebbero usati per curare un disturbo o un'infezione in un'altra parte del corpo non sono efficaci nel trattare il problema nel cervello, in gran parte a causa dell'azione di blocco della barriera cervello sanguigno. Ne sono esempi i farmaci dedicati alla lotta contro i tumori, il Parkinson o le demenze.

Per aggiustarlo in molte occasioni è necessario iniettare la sostanza direttamente nel liquido interstiziale, utilizzare gli organi circumventricolari come via di accesso, rompere temporaneamente la barriera attraverso l'utilizzo di microbolle guidate in punti specifici utilizzando gli ultrasuoni o utilizzando composizioni chimiche in grado di attraversare la barriera ematoencefalica attraverso alcuni dei meccanismi sopra descritti.

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