Die Blut-Hirn-Schranke

Überblick

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) bezeichnet das spezialisierte Gefäßsystem, welches das Gehirn mit Nährstoffen im Blut versorgt und gleichzeitig die Bewegung von Ionen, Molekülen, Krankheitserregern und anderen Substanzen streng reguliert. Sie besteht aus eng miteinander verbundenen Endothelzellen auf der einen Seite und Astrozytenfüßchen auf der anderen Seite. Zusammen bilden sie eine semipermeable Schranke, die das Gehirn schützt. Daher stellt sie auch eine einzigartige Herausforderungen bei der Verabreichung von Medikamenten dar.

Zelluläre Komponente

Die BHS besteht aus einer Vielzahl von zellulären Komponenten, wozu auch die erwähnten Endothelzellen und Astrozyten gehören. Diese Zellen teilen sich eine gemeinsame Basallamina und regulieren gemeinsam den Durchgang der Stoffe zwischen dem Kreislaufsystem und der interstitiellen Flüssigkeit, die das Gehirn umgibt.

Spezialisierte Endothelzellen formen die Wände der Hirnkapillaren. Sie sind durch extrem enge und komplexe interzelluläre Verbindungen miteinander verbunden. Diese Verbindungen bilden eine selektive physikalische Barriere, die eine einfache Diffusion der meisten Substanzen, einschließlich mittelgroßer bis großer Moleküle wie Glucose und Insulin, verhindert.

Ein zweiter Zelltyp, die Astrozyten, sind ein Typ der Gliazellen des Zentralnervensystems, der die Endothelzellfunktion, den Blutfluss und den Ionenausgleich im Gehirn durch Interaktion und enge Verbindung mit der zerebralen Gefäßversorgung beeinflussen kann. Astrozyten stellen eine direkte Verbindung zwischen dem Gefäßsystem und den Neuronen her. Sie verlängern ihre Prozesse, die sogenannten Endfüße, die sich an einem Ende um die Blutgefäße wickeln, während sie am anderen Ende in engen Kontakt mit den Neuronen an den Synapsen treten.

Chemischer Austausch

Die Fähigkeit einer Substanz, die BHS zu durchqueren und die Effizienz, mit der dieser Austausch stattfindet, hängt von den chemischen und molekularen Eigenschaften jedes Moleküls oder Ions ab. Im Allgemeinen diffundieren kleine lipidlösliche Bestandteile wie Sauerstoff und Kohlendioxid schnell und einfach durch die Endothelschicht. Im Gegensatz dazu erfordern größere oder wasserlösliche Komponenten oft einen selektiveren Prozess, der einen passiven oder aktiven Transport durch eine Endothelzelle beinhalten kann. Der Austausch dieser Substanzen erfolgt in der Regel langsamer oder gar nicht. Das ist von der relativen Häufigkeit und Effizienz der spezifischen molekularen Rezeptoren und Transportproteine auf der Oberfläche der Endothelzellen und anderen Faktoren abhängig.

Die BHS schützt das Gehirn

Der durch die BHS ermöglichte neurale Schutz ist für die Gesundheit und Funktion des Gehirns von entscheidender Bedeutung. Eine Dysregulation der BHS kann zu schweren neurologischen Erkrankungen wie Multipler Sklerose, Infektionen und Ischämie aufgrund einer unzureichenden Blutversorgung führen. Umgekehrt kann sich die Aktivität der BHS nachteilig auf die Behandlung einiger neurologischer Erkrankungen auswirken, da die Aktivität der BHS die Passage von neuroaktiven Arzneimitteln in das zentrale Nervensystem verhindern oder erheblich reduzieren kann. Aus diesem Grund müssen Medikamente die neurologischen Ziele haben so konzipiert sein, dass die BHS passieren können.