Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) — селективный фильтр

Капилляры мозга — особые. В обычных капиллярах тела между эндотелиоцитами есть щели и фенестрации (окошки), через которые свободно проходят белки и небольшие молекулы. В мозге же соседние эндотелиоциты «спаяны» плотными контактами — белками клаудином-5, окклюдином и ZO-1, образующими непрерывную ленту вокруг каждой клетки. Между ними не пройдёт даже ион натрия.

Никакого пиноцитоза. Обычный эндотелий «глотает» куски плазмы пузырьками (пиноцитоз) и прокидывает на другую сторону. Эндотелий мозга подавил эту способность — везикулярного транспорта почти нет. Всё, что попадает в мозг, должно пройти через специальный белок-транспортёр.

Тройная стена защиты. С внешней стороны капилляр обёрнут базальной мембраной, поверх которой сидят перициты (регулируют просвет и проницаемость) и отростки астроцитов, покрывающие ~99% поверхности капилляра. Это уже не «барьер», а нейроваскулярная единица — астроциты буквально «стоят в очереди» за нутриентами.

Глюкоза проходит через GLUT1. Это самый «скоростной» транспортёр — единственный, способный обеспечить мозг 120 г глюкозы в сутки. Работает по принципу облегчённой диффузии: сам не тратит ATP, переносит глюкозу по градиенту (в крови ~5 мМ, в межклетнике мозга ~1–2 мМ). Эндотелий мозга нашпигован GLUT1 в 100 раз гуще, чем обычный.

Газы проходят свободно. O2 и CO2 — маленькие, неполярные. Они растворяются в липидной мембране и просто диффундируют сквозь эндотелий. Поэтому регуляция дыхания идёт «без ферментов»: pCO2 крови напрямую отражается в pH ликвора и срабатывают хеморецепторы.

Аминокислоты — конкурируют за один транспортёр. Большие нейтральные АК (Phe, Tyr, Trp, Leu, Ile, Val, Met) проходят через единый LAT1. Это значит, что все они конкурируют между собой за вход в мозг. Поэтому уровень триптофана в мозге зависит не только от его концентрации в крови, но и от соотношения Trp / (другие большие АК). Это лежит в основе классического эффекта углеводной еды на сонливость: углеводы → инсулин → поглощение АК мышцами, кроме Trp (он связан с альбумином) → Trp выигрывает конкуренцию → растёт серотонин в мозге.

Кетоны через MCT1. При голодании активность MCT1 на эндотелии резко повышается. β-гидроксибутират и ацетоацетат начинают входить в мозг, и он постепенно переключает обмен на них. Лактат от мышц при физической нагрузке тоже попадает в мозг этим путём и может покрывать до 25% энергопотребления.

Жирорастворимые молекулы — проблема. Этанол, многие наркотики, никотин, кофеин — мелкие и липофильные. Они проходят ГЭБ просто диффузией через мембрану и быстро действуют на мозг. Это слабое место барьера, которое природа закрывает эффлюксными насосами (P-гликопротеин, BCRP) — они активно выкачивают чужеродные молекулы обратно в кровь, защищая мозг.

Динамическая регуляция. Активный нейрон → выброс глутамата и K+ → астроциты «передают» сигнал перицитам и эндотелию → расширение капилляра, рост кровотока в этой области, ↑ доставка глюкозы и кислорода. Этот нейроваскулярный купол и есть основа фМРТ-сигнала: BOLD-эффект меряет именно изменения локального кровотока.