De sange-creier , sau hemo-creier , sau sânge-meningeale bariera este fiziologic barieră prezentă în creier , în toate tetrapods ( terestre vertebrate ), între fluxul sanguin și sistemul nervos central (SNC). Este folosit pentru reglarea mediului ( homeostazie ) din creier, separându-l de sânge. Celulele endoteliale , care sunt conectate între ele prin joncțiuni strânse și căptușesc capilarele pe partea fluxului sanguin, sunt componentele esențiale ale acestei bariere.
Bariera hematoencefalică protejează creierul de agenți patogeni , toxine și hormoni care circulă în sânge. Reprezintă un filtru extrem de selectiv, prin care se transmit substanțele nutritive necesare creierului și se elimină deșeurile . Acest proces de hrănire și eliminare este produs de o varietate de mecanisme active de transport .
Această funcție de protecție a creierului complică tratamentul medicamentos pentru un număr mare de boli neurologice , deoarece multe molecule active nu pot trece bariera hematoencefalică. Cercetările privind depășirea barierei hematoencefalice sunt foarte actuale. Foarte puține boli - rare în plus - sunt specifice barierei hematoencefalice, în timp ce poate fi afectată de multe boli generale. Afectarea sau leziunea barierei hematoencefalice este o complicație care trebuie luată foarte în serios.
Primele experimente, care indicau existența acestei bariere, au fost efectuate de Paul Ehrlich în 1885. Dar el a interpretat greșit rezultatele experimentelor sale. Dovada definitivă a existenței barierei nu a fost dată până în 1967 prin cercetări în microscopia electronică de transmisie .
La om, creierul reprezintă aproximativ 2% din masa corporală. Dar nevoile sale de energie sunt de aproximativ 20% din total. Spre deosebire de alte organe din corp, creierul are foarte puține rezerve de nutrienți și oxigen . Iar celulele nervoase nu sunt capabile să-și satisfacă nevoile de energie în mod anaerob , adică fără nici un aport elementar de oxigen . Astfel, o întrerupere a alimentării cu sânge a creierului duce după 10 secunde la o sincopă ( leșin ) și, în câteva minute, celulele nervoase încep să moară. În funcție de activitatea fiecărei zone a creierului, nevoile și rezervele sale de energie pot fi foarte diferite. Pentru a ajusta aportul la necesități, fiecare zonă este capabilă să regleze singură aportul de sânge necesar pentru aceasta.
Funcțiile complexe ale creierului sunt legate de procese electrochimice și biochimice foarte sensibile, care pot avea loc numai într-un mediu homeostatic intern în mare parte lipsit de orice tulburări. De exemplu, oscilațiile pH-ului din sânge (o măsură a cât de bazică sau acidă este) nu ar trebui să afecteze creierul. Modificările concentrației de potasiu ar schimba potențialul membranei celulelor nervoase. De neurotransmițătorii transportate de sânge în vasele nu trebuie să intre în sistemul nervos central, deoarece acestea ar perturba grav funcționarea sinapselor acolo. În plus, neuronii nu sunt capabili să se regenereze în caz de deteriorare din cauza schimbării mediului. În cele din urmă, creierul, un organ central de control, trebuie protejat de influența materialelor străine corpului, cum ar fi, de exemplu , xenobiotice sau agenți patogeni . Impermeabilitatea considerabilă a barierei hematoencefalice la agenți patogeni, anticorpi și leucocite face din aceasta o „barieră imunologică”.
Mai mult, din cauza cerințelor energetice foarte mari ale creierului - comparativ cu alte organe - cantități foarte mari de deșeuri biochimice trebuie eliminate prin bariera hematoencefalică.
Pentru a îndeplini toate aceste funcții (hrănire, eliminare și homeostază), circuitul vaselor de sânge cerebral al vertebratelor prezintă, în comparație cu vasele periferice, o serie întreagă de diferențe structurale și funcționale. Această diferențiere exercită o separare foarte mare a creierului de spațiul extracelular înconjurător și este o condiție esențială pentru protecția țesutului neuronal sensibil și pentru obținerea unui mediu intern stabil.
Modificările funcționării barierei hematoencefalice determină modificări ale sistemului nervos central și pot duce la tulburări funcționale sau boli. Ca urmare, o serie de boli neurologice sunt mai mult sau mai puțin direct legate de bariera hematoencefalică.
Elementul esențial al barierei hematoencefalice sunt celulele endoteliale cu joncțiunile lor strânse . Dar alte două tipuri de celule sunt, de asemenea, importante, atât din punctul de vedere al funcției, cât și al nașterii și al creșterii barierei hematoencefalice: pericitele și astrocitele . Interacțiunile dintre celulele endoteliale, pericite și astrocite sunt mai strânse decât între toate celelalte tipuri de celule. Aceste trei tipuri de celule formează împreună bariera hematoencefalică a majorității vertebratelor, bariera celulară hematoencefalică . Există și alte tipuri de bariere hematoencefalice în regnul animal, care sunt discutate în articolul detaliat .
Capilarele sunt căptușite - precum vasele periferice - cu celule endoteliale. În creier, acestea au o structură deosebit de strânsă. numărul mitocondriilor este de aproximativ 5 până la 10 ori mai mare decât în capilarele periferice, datorită energiei necesare pentru transportul activ al nutrienților necesari prin celule. Celulele endoteliale prezintă pe membranele lor o cantitate de acvaporine , canale specializate pentru trecerea apei, pentru reglarea cantității de apă din creier.
Etanșeitatea barierei poate fi cuantificată prin rezistența sa electrică . Într - un adult de șobolan , rezistența se ridică la aproximativ 2000 Ω cm 2 . În capilarele musculare, este de numai aproximativ 30 Ω cm 2 .
Joncțiuni strânseCelulele endoteliale sunt legate între ele prin legături puternice, numite joncțiuni strânse , care sigilează spațiul dintre celule. Mai multe tipuri de proteine de membrană le înconjoară pentru a asigura etanșeitatea.
Lama bazalăCelulele epiteliale sunt înconjurate de un strat proteic, placa bazală cu grosimea de 40 până la 50 nm , deci vizibilă doar la microscopul electronic.
Pericitele sunt celule mici, ovale, care acoperă un total de 20% din suprafața exterioară a capilarelor, ancorate ferm de celulele endoteliale. Acestea joacă trei roluri principale:
Astrocitele sunt celule stea, semnificativ mai mari decât pericitele. Acoperă capilarele creierului 99% cu picioarele încâlcite în rozete. Interacțiunea imediată (20 nm ) între celulele endoteliale și astrocite induce specificități anatomice în ambele direcții.
Funcțiile lor principale sunt:
Nu toate capilarele din creier fac parte din bariera hematoencefalică: părțile creierului care secretă hormoni și cele care au o funcție senzorială asupra compoziției sângelui trebuie să rămână în comunicare cu fluxul sanguin.
Există șase organe circumventriculare parțial private de bariera hematoencefalică. Acesta este organul subfornical (en) , organul vascular al lamei terminale , neurohipofiza , glanda pineală (sau epifiză), organul subcomisural și zona postrema . Aceste regiuni sunt înconjurate de tanitite , asemănătoare cu ependimocitele care separă creierul de lichidul cefalorahidian care umple ependimul , dar cu joncțiuni strânse, foarte strânse .
Citiți articolul detaliat pentru informații despre:
Pe lângă bariera hematoencefalică, există o a doua barieră între circulația sângelui și sistemul nervos central: bariera sânge-LCS. Această barieră este formată din celule epiteliale și joncțiuni strânse ale plexurilor coroidiene . Bariera sânge-LCS face, de asemenea, parte din homeostazia creierului. Îl aprovizionează cu vitamine , nucleotide și glucoză . Contribuția la transportul materialelor către creier este în cele din urmă destul de mică și total insuficientă pentru a satisface nevoile creierului de nutrienți și oxigen. Suprafața de schimb formată din capilarele intracerebrale ale barierei hematoencefalice reprezintă de 5.000 de ori cea a plexurilor coroidiene .
Pe lângă aceste două bariere, atât de importante pentru sistemul nervos central, există și alte bariere ultraselective similare în organism, care controlează schimbul de materiale cu sângele. Printre altele, acestea sunt:
Bariera hematoencefalică trebuie să asigure, în ciuda etanșeității sale, transportul de nutrienți și oxigen la creier și să elimine deșeurile.
Transport paracelularPentru a preveni scurgerea necontrolată, celulele endoteliale sunt legate de joncțiuni strânse și strânse. Doar molecule foarte mici pot trece prin joncțiuni strânse: apă, glicerină sau uree .
Distributie gratuitaCea mai simplă formă este difuzia liberă sau pasivă, care tinde să stabilească un echilibru în concentrația sau potențialul chimic al substanțelor. Nu necesită energie. Debitul este proporțional cu diferența de potențial și nu este controlabil.
Moleculele mici pot traversa membrana prin găuri corespunzătoare deformărilor locale ale lanțurilor fosfolipidice care constituie membrana. Găurile sunt mobile și, prin urmare, pot însoți molecula în calea sa prin membrană. De asemenea, este necesar ca molecula în cauză să aibă o afinitate rezonabilă pentru lipide . Prin urmare, acest proces se referă, în esență, la molecule lipofile ( hidrofobe ) mici .
Trecerea prin canaleMicile molecule polare, cum ar fi apa, sunt greu de difuzat prin membrane prin procesul descris. Un număr mare de proteine se găsesc în membrana celulară care acționează ca canale specializate pentru trecerea apei: acvaporine. Acestea oferă o permeabilitate mare la apă, în ambele direcții, în funcție de diferența de presiune osmotică . Există multe alte tipuri de canale, mai mult sau mai puțin specializate, care pot fi deschise sau închise sub influența agenților fizici. Dar toate aceste canale împărtășesc proprietatea pasivității: atunci când sunt deschise, permit moleculelor adecvate să treacă în direcția echilibrului concentrațiilor.
Diseminarea facilitatăMoleculele vitale precum glucoza și unii aminoacizi nu pot trece prin canale. Există apoi transportoare de membrană adecvate diverselor molecule necesare. Proteinele de transport ale membranei pot funcționa ca un uniport (o moleculă la un moment dat), ca un simport (două sau mai multe molecule în aceeași direcție) sau ca un antiport (două sau mai multe molecule în direcții opuse).
Transport activTransporturile descrise mai sus nu necesită nicio contribuție energetică de la celulă. Dar există substanțe care trebuie transportate împotriva gradientului de concentrație. Acest lucru necesită apoi consumul de energie pentru a opera sisteme de transport active sau „pompe”. Transportul de sânge către creier se numește „aflux”, și invers „eflux”. Unele dintre aceste mecanisme sunt foarte specifice și identifică moleculele după forma lor și, prin urmare, disting formele enantiomerice stânga și dreapta. De exemplu, asparagina D este un ingredient necesar pentru formarea anumitor hormoni. Prin urmare, beneficiază de un transportor activ de impulsuri. Pe de altă parte, L-asparagina este un aminoacid stimulant a cărui acumulare în creier ar fi dăunătoare. Prin urmare, este eliminat printr-un transport activ de eflux.
Transportorii activi de eflux nu sunt adesea foarte specifici, rolul lor fiind acela de a elimina deșeurile cu caracter uneori imprevizibil.
Toate tipurile de transport pentru toate substraturile nu au fost încă identificate clar.
Transport vezicularMoleculele mari, sau chiar agregatele, care nu pot utiliza o proteină de membrană de transport sunt încorporate în celula endotelială prin endocitoză : membrana plasmatică se deformează într-un puț în jurul obiectului care urmează să fie încorporat, apoi marginea puțului este sudată și membrana acoperă integritatea sa, în timp ce obiectul este închis într-o veziculă. Vezicula poate traversa celula și se poate deschide pe partea opusă printr-un mecanism invers și eliberează conținutul acesteia, aceasta este transcitoză .
Cu privire la acest subiect, consultați tabelul principalilor transportatori.
După cum s-a indicat în secțiunea anterioară, procesele pentru transportul substraturilor de-a lungul barierei hematoencefalice sunt foarte variate, atât prin natura substratului (lor) de transportat cât și în direcția în care are loc transportul. Cu toate acestea, este esențial pentru medicină și farmacie să știe cum să introducă medicamente ( psihotrope ) în creier sau cum să prevină pătrunderea în ea a toxinelor, de exemplu destinate altor organe.
Cea mai tradițională modalitate este de a efectua teste in vivo pe animale și apoi pe oameni („studii clinice”), dar poate fi utilizat într-un mod mai ușor de testat in vitro sau în simulări in silico .
Un model simplificat, bazat pe un singur capilar, a fost dezvoltat de Renkin (1959) și Crone (1965). Rezultatul este exprimat ca „produs de permeabilitate-suprafață PS ” al probei capilare. Determină fracția E extrasă într-o singură trecere dintr-o cantitate de sânge Q :
.Pentru E <0,2, permeabilitatea este factorul limitativ, altfel este moderată sau mare.
Cel mai simplu și realist proces este utilizarea vaselor izolate, care rămân vii o perioadă de timp.
Cu liniile celulare endoteliale imortalizate crescute în straturi unice, se pot face teste cantitative. Calitatea acestor straturi, cea a joncțiunilor strânse, se măsoară prin rezistența lor electrică, care trebuie să fie cât mai mare posibil. În organismul viu, poate fi de ordinul a 2000 Ω cm 2 . Într-o cultură mixtă de astrocite și celule epiteliale, se poate ridica la 800 Ω cm 2 .
Primul proces a fost injectarea coloranților urmată de examinarea anatomică a animalului. Vopseaua care traversează bariera hematoencefalică lasă o urmă încăpățânată. Acest lucru face posibilă studierea leziunilor voluntare ale barierei.
Metodele in vivo sunt de neînlocuit pentru sensibilitatea lor la condițiile fiziologice, timpul în care pot fi lăsate să acționeze și numărul de treceri de sânge prin rețeaua capilară.
Indicele de absorbție a creieruluiRaportul dintre ratele de absorbție a unei substanțe testate și a unei substanțe ușor absorbite, ambele etichetate radioactiv, oferă indicele de absorbție a creierului (BUI). Această metodă se aplică numai substanțelor cu absorbție rapidă. Consultați tabelul pentru câteva substanțe obișnuite.
Indicele de eflux cerebralDe asemenea, este interesant să cunoașteți pentru fiecare substrat proprietățile de eflux ale barierei hematoencefalice. Substratul testat este comparat cu un material de referință, slab capabil să iasă din barieră, ambele etichetate radioactiv. Acestea sunt microinjectate direct în creier. Indicele de eflux cerebral ( Brain Efflux Index sau EIB ) este calculat pe baza a ceea ce rămâne din fiecare subiect în raport cu ceea ce a fost injectat.
Perfuzie cerebralăÎn metoda de perfuzie, substratul marcat este perfuzat mult timp în artera carotidă. Apoi animalul este sacrificat și radioactivitatea creierului măsurată. Delicat, este rezervat cazurilor de BEI foarte slab.
Este avantajos să separați capilarele prin centrifugare înainte de măsurare, pentru a elimina tot substratul care este încă legat de acesta.
Tehnica de diseminare a indicatorilorÎn această tehnică, substanța de referință trebuie să nu poată trece bariera hematoencefalică. Substratul de testat și referința nu sunt etichetate radioactiv. Sunt infuzate în artera carotidă și dozate în sângele de întoarcere ( vena jugulară internă ). Dozarea materialelor permite calcularea cantității de substrat absorbită. Prin urmare, această tehnică prin diferență este potrivită numai pentru substraturi care traversează ușor bariera.
Autoradiografie cantitativăVezi Wikibook despre fotografie, articole specializate despre autoradiografie și fluorografie .
Figura opusă arată o autoradiografie a unui creier embrionar de șobolan. Domeniile radioactive sunt întunecate (zona subventriculară SVZ). Linia neagră dă scala de 2 mm .
Această tehnică constă în injectarea intravenoasă a unei substanțe marcate cu carbon 14 . Organele sunt disecate, tăiate cu un microtom și depuse pe pelicula cu raze X. Cunoscând cantitatea de etichetă, putem deduce produsul de permeabilitate-suprafață al probei.
Microdializă intracerebralăO membrană hemipermeabilă este implantată în țesutul nervos . Substanțele sunt infuzate printr-un microcateter și / sau lichidul interstițial este colectat, opțional continuu.
În medicina umană, microdializa intracerebrală este utilizată pentru monitorizarea neurochimică în accident vascular cerebral .
Metode de imagisticăActivitatea barierei hematoencefalice, fluxul capilarelor, sunt legate de activitatea țesutului nervos pe care îl furnizează. Prin urmare, există o interacțiune între aceste trei cantități, care poate varia substanțial la scara globală a creierului. Acest lucru duce la realizarea non-invazivă de imagini globale ale creierului, în esență prin trei metode complementare: tomografie cu emisie de pozitroni (PET), imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) și spectroscopie prin rezonanță magnetică (MRS).
După cum sa menționat în secțiunea Procese de transport a barierei sânge-creier , există doar câteva substanțe capabile să traverseze bariera sânge-encefal, motiv pentru care multe medicamente psihotrope ajung să nu reușească la barieră. 98% dintre aceste substanțe nu pot traversa bariera hematoencefalică.
Prin urmare, am lucrat intens de zeci de ani la metode susceptibile de a face posibil transportul unei substanțe active în creier, ocolind - sau mai bine traversând selectiv - bariera hematoencefalică. Un set de strategii pentru depășirea barierei hematoencefalice au fost dezvoltate în acest scop sau sunt încă în curs de dezvoltare.
În octombrie 2014, start-up-ul francez CarThera a dezvoltat un dispozitiv inovator pentru a deschide temporar bariera hematoencefalică. Acest dispozitiv se bazează pe utilizarea în comun a microbulelor gazoase injectate în sânge și ultrasunete focalizate. Principiul este după cum urmează: când undele ultrasonice întâlnesc microbule cu gaz în vasele de sânge din apropierea țesutului biologic țintă, acestea încep să oscileze, provocând apoi efecte fizice și biologice care duc la destabilizarea tranzitorie a celulelor endoteliale ale corpului. bariera creierului.
Disfuncțiile barierei hematoencefalice pot fi cauzate de tot felul de patologii. Bariera în sine poate fi, de asemenea, la originea unor boli neurologice foarte rare de natură genetică .
Întreruperea rolului protector al barierei hematoencefalice este o complicație a multor boli neurodegenerative și leziuni cerebrale. Anumite boli periferice, cum ar fi diabetul sau anumite inflamații , au un efect dăunător asupra funcționării barierei hematoencefalice.
Alte patologii pot perturba funcționarea endoteliei „din interior spre exterior”, adică influențele din matricea extracelulară perturbă integritatea barierei hematoencefalice. De exemplu, avem glioblastom .
Dar un set de boli se manifestă în creier prin faptul că anumiți agenți pot pătrunde în bariera hematoencefalică. Acestea includ, de exemplu, HIV , virusul limfotrop T uman , virusul West Nile , anumite bacterii, cum ar fi meningita sau vibrio holera .
În cazul sclerozei multiple , agenții patogeni sunt celule ale sistemului imunitar al individului, care traversează bariera hematoencefalică. La fel, în anumite tipuri de cancer non-cerebral, anumite celule metastazate pot traversa bariera hematoencefalică și pot da naștere la metastaze cerebrale.
Consumul excesiv de alcool este un factor de risc major pentru bolile psihofiziologice , inflamația și susceptibilitatea la infecții bacteriene. În plus, consumul cronic de alcool dăunează barierei hematoencefalice, care este considerat un factor important pentru apariția bolilor neurodegenerative. Deteriorarea barierei hematoencefalice a fost demonstrată atât în cercetările neuropatologice asupra alcoolicilor, cât și în experimentele pe animale.
În experimentele efectuate pe animale, s-a stabilit că enzima Myozin kinază cu lanț ușor ( MLCK) conduce în endoteliu la fosforilarea multor proteine de joncțiune strânsă sau citoscheletul proteinelor, ceea ce dăunează integrității barierei hematoencefalice. În plus, stresul oxidativ din alcool duce la deteriorarea ulterioară a barierei hematoencefalice.
Nu alcoolul în sine activează enzima MLCK din endoteliu, ci metaboliții săi.
Degradarea funcțională a barierei hematoencefalice facilitează migrarea leucocitelor în creier, ceea ce facilitează dezvoltarea patologiilor neuroinflamatorii.
Abuzul cronic de nicotină sub formă de tutun nu numai că crește riscul de cancer pulmonar, ci și de boli cardiovasculare . Dintre riscurile cardiovasculare , există o corelație directă cu riscurile de demență . Mai multe meta-analize stabilesc că fumătorii au un risc semnificativ mai mare de demență din cauza bolii Alzheimer decât nefumătorii. Riscul de demență vasculară sau insuficiență cognitivă ușoară nu este sau doar ușor crescut. Expunerea zilnică la nicotină la animale modifică nu numai funcția, ci și structura barierei hematoencefalice la subiecți. Substanța model zaharoză poate trece prin endotelie mult mai ușor, ceea ce reflectă de fapt o distribuție modificată a proteinelor de joncțiune strânsă ZO-1 și o activitate redusă a claudinei-3.
După expunerea cronică la nicotină, s-a observat formarea crescută de microvili, formarea disfuncțională a Na + / K + / 2Cl - și formarea pompei de sodiu-potasiu în endoteliu .
Epidemiologice Studiile arată că fumătorii au un risc semnificativ mai mare de meningita bacteriana, comparativ cu nefumătorii. Nicotina schimbă filamentele de actină ale citoscheletului , care pare să faciliteze trecerea agenților patogeni precum E. coli în creier.
Pentru anumiți compuși cu difuzie limitată, de exemplu antagonistul nicotinei metilicaconitinei care se leagă de receptorul nicotinic al acetilcolinei (nACHrs) și căruia îi sunt atribuite virtuțile pentru retragerea nicotinei, trecerea barierei hematoencefalice devine mai dificilă.
Dezvoltarea unui vaccin pe bază de imunoglobulină G face obiectul cercetării. Se așteaptă ca acest vaccin să stimuleze anticorpii care se leagă în mod specific de nicotină și, prin urmare, să împiedice trecerea acestuia prin bariera hematoencefalică.
Efectele negative asupra radiației electromagnetice în domeniul MHz la GHz la densitate mare de energie sunt bine cunoscute. Cu ei gătim mâncarea la cuptorul cu microunde. Cu toate acestea, efectele radiațiilor cu o densitate a energiei mult mai redusă, cum ar fi telefonia sau aplicațiile multimedia mobile, sunt controversate. Efectele specifice asupra barierei hematoencefalice sunt o zonă de incertitudine.
La densitatea mare de energie a radiației electromagnetice, se observă o încălzire semnificativă a țesutului corporal. În craniu, această încălzire ar putea influența bariera hematoencefalică și o va face mai permeabilă. Observăm acest tip de efecte de încălzire asupra organelor periferice. În circumstanțele telefoniei mobile, creierul se încălzește până la maximum 0,1 K (15 minute de conversație la puterea maximă de transmisie). O baie fierbinte sau o caroserie intensă poate încălzi mai tare creierul fără pericol. Studiile științifice datând de la începutul anilor 1990, în special în grupul neurochirurgului suedez Leif G. Salford de la Universitatea Lund , raportează o deschidere a barierei hematoencefalice în domeniul non-termic cu frecvențe GSM .
Alte grupuri de lucru nu confirmă rezultatele lui Salford, unii punând sub semnul întrebării metoda utilizată.
Primul agent de contrast dezvoltat pentru RMN este gadoliniu (Gd). Datorită toxicității sale, trebuie ambalat ( chelat ) într-o moleculă DTPA . În 1984, s-a obținut astfel Gd-DTPA, care avea potențialul de a obține RMN îmbunătățite pentru diagnosticarea leziunilor locale ale barierei hematoencefalice. Molecula Gd-DTPA este foarte polară și, prin urmare, este mult prea hidrofilă pentru a traversa o barieră sănătoasă hematoencefalică. Modificările joncțiunilor strânse, cum ar fi cele care pot fi cauzate de glioblastom, de exemplu, permit transportul paracelular al acestui produs de contrast în țesutul cerebral. Acolo, întărește contrastul, prin interacțiunea cu protonii apei din jur și face vizibile defectele barierei hematoencefalice. Deoarece vasele responsabile de hrănirea tumorii sunt afectate, în imediata vecinătate, putem aprecia extinderea acesteia.
În cazul unui accident vascular cerebral acut, leziunile barierei hematoencefalice pot fi diagnosticate în același mod prin RMN îmbunătățit prin contrast.
Prin determinarea timpului de relaxare , cantitatea de Gd-DTPA din țesutul cerebral poate fi cuantificată.
Folosind trasoare marcate cu un element radioactiv, care nu trec în mod normal prin bariera hematoencefalică, se pot efectua cercetări și despre funcționarea acestora din urmă la oameni. Pentru aceasta, se poate folosi, în principiu, tomografie cu emisie de fotoni unici (TEMP, sau în engleză SPECT ), sau tomografie cu emisie de pozitroni (PET sau în engleză PET ).
De exemplu, la pacienții cu accident vascular cerebral acut, se poate demonstra o absorbție crescută a hexa-metil-propilen-aminei-oximei (HMPAO) chelat 99m Tc .
Defectele barierei hematoencefalice pot fi, de asemenea, cuantificate folosind tomografia computerizată prin difuzarea mediilor de contrast adecvate din capilare.
Prima dovadă a existenței barierei hematoencefalice vine de la chimistul german Paul Ehrlich . În 1885, el a descoperit că după injectarea coloranților vitali solubili în apă în fluxul sanguin al șobolanilor, toate organele au fost colorate, cu excepția creierului și a măduvei spinării.
În 1904, el a tras o concluzie falsă, adică cauza acestei descoperiri a fost o afinitate scăzută a țesutului cerebral pentru colorantul injectat.
În 1909, Edwin Goldmann , fost colaborator al lui Paul Ehrlich, a injectat intravenos colorantul sintetizat cu cinci ani mai devreme de Ehrlich, trypan blue , un colorant azoic . Apoi, observă că plexul choroideus , spre deosebire de țesutul cerebral care îl înconjoară, este marcat colorat. În 1913, a injectat aceeași substanță direct în lichidul cefalorahidian al câinilor și iepurilor. Goldmann concluzionează că lichidul cefalorahidian și plexul choroideus au o funcție importantă în transportul nutrienților către sistemul nervos central. În plus, el suspectează o funcție de barieră împotriva substanțelor neurotoxice.
În 1898, Arthur Biedl și Rudolf Kraus au efectuat experimente cu acid galic . Acest compus se dovedește a fi netoxic după aplicarea în circulația generală. Dar injecția sa în creier este neurotoxică , cu reacții care pot merge până la comă .
Max Lewandowsky a folosit ferocianură de potasiu pentru experimente similare în 1900 și a ajuns la concluzii similare cu cele ale lui Biedl și Kraus. Lewandowsky folosește pentru prima dată conceptul de „barieră hematoencefalică”.
În 1890, Charles Smart Roy și viitorul câștigător al Premiului Nobel Charles Scott Sherrington au postulat că creierul are un mecanism intrinsec pentru a potrivi aprovizionarea vasculară cu variațiile locale de activitate:
Creierul are un mecanism intrinsec prin care aprovizionarea vasculară poate fi variat local în corespondență cu variațiile locale ale activității funcționale. "
Lina Stern s-a născut la 26 august 1878 și a murit la 7 martie 1968 la Moscova, femeie sovietică doctoră și biochimistă, prima femeie membră a Academiei de Științe din Rusia , a adus contribuții reale la cercetarea barierei hematoencefalice, pe care a desemnat-o ca atare în 1921.
Diferența dintre bariera sânge-encefal și bariera sânge-lichid cefalorahidian a fost luată în considerare în anii 1930 de Friedrich Karl Walter și Hugo Spatz. Ei au susținut că fluxul de lichid cefalorahidian era în sine insuficient pentru a asigura schimbul de gaze al sistemului nervos central.
Deși experimentele lui Goldmann și Ehrlich au indicat existența unei bariere între fluxul sanguin și sistemul nervos central, abia în anii 1960 s-au risipit ultimele îndoieli cu privire la existența sa. Un punct critic în experimentul lui Goldmann a fost că sângele și lichidul cefalorahidian, cele două fluide în care a injectat coloranți, au diferit considerabil, ceea ce ar putea influența comportamentul de difuzie și afinitatea pentru țesutul nervos . Înțelegerea a fost și mai dificilă prin constatarea experimentală a faptului că coloranții azoici bazici au colorat țesutul nervos, trecând astfel bariera, în timp ce coloranții acizi nu. Ulrich Friedemann a ajuns la concluzia că proprietățile electrochimice ale coloranților erau responsabile: capilarele cerebrale erau permeabile la substanțe neutre sau cu pH mai mare decât sângele și impermeabile la alții. Dar mai târziu, când un număr mare de substanțe au fost testate pentru capacitatea lor de a traversa bariera hematoencefalică, această ipoteză s-a dovedit insuficientă. În următoarele modele explicative, au fost introduse și discutate o serie întreagă de parametri, cum ar fi masa molară, dimensiunea moleculei, afinitățile de legare, constantele de disociere, lipofilicitatea, sarcina electrică și diversele combinații ale acestora.
Înțelegerea actuală a structurii de bază a barierei hematoencefalice se bazează pe vederi microscopice electronice ale creierului șoarecilor, care au fost obținute la sfârșitul anilor 1960. Thomas S. Reese și Morris J. Karnovsky și-au injectat subiecții de animale în timpul experimentelor lor cu peroxidază de hrean. (HRP) intravenos. Ei au găsit enzima, la microscopul electronic, doar în lumenul capilarelor și în veziculele micropinocitice din celulele endoteliale. În afara endoteliei, în matricea extracelulară, nu au găsit peroxidază. Au concluzionat că joncțiunile strânse dintre celulele endoteliale împiedică trecerea către creier.