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18.4: A Barreira Hematoencefálica
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The Blood-brain Barrier
 
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18.4: The Blood-brain Barrier

18.4: A Barreira Hematoencefálica

Overview

The blood-brain barrier (BBB) refers to the specialized vasculature that provides the brain with nutrients in the blood while strictly regulating the movement of ions, molecules, pathogens, and other substances. It is composed of tightly linked endothelial cells on one side and astrocyte projections on the other. Together they provide a semipermeable barrier that protects the brain and poses unique challenges to the delivery of therapeutics.

Cellular Components

The BBB is made up of a variety of cellular components, including endothelial cells and astrocytes. These cells share a common basement membrane and together regulate the passage of components between the circulation and the interstitial fluid surrounding the brain.

The first type of cellular component, specialized endothelial cells, make up the walls of the cerebral capillaries. They are connected by extremely tight and complex intercellular junctions. These junctions create a selective physical barrier, preventing simple diffusion of most substances, including average to large-sized molecules such as glucose and insulin.

A second cell type, astrocytes, are a type of glial cell of the central nervous system which influences endothelial cell function, blood flow, and ion balance in the brain through interaction and close association with cerebral vasculature. They provide a direct link between the vasculature and neurons: they extend processes—called endfeet—that wrap around blood vessels on one end while making intimate contact with neurons at synapses on the other end.

Chemical Exchange

The ability of a substance to cross the BBB and the efficiency with which this exchange occurs depends on the chemical and molecular properties of each molecule or ion. In general, small lipid-soluble components, such as oxygen and carbon dioxide, undergo rapid, simple diffusion through the endothelial layer. In contrast, larger or water-soluble components often require a more selective process that may involve passive or active transport through an endothelial cell. The exchange of these substances generally occurs more slowly or may not occur at all, depending on the relative abundance and efficiency of molecule-specific receptors and transport proteins on the surface of endothelial cells, among other factors.

The BBB Protects the Brain

The neural protection facilitated by the BBB is critical to proper brain health and function. Dysregulation of the BBB can lead to severe neurological disease including multiple sclerosis, infection, and ischemia due to an inadequate blood supply. Conversely, the activity of the BBB may be detrimental to the treatment of some neurologic diseases by preventing or substantially reducing the passage of neuroactive pharmaceutical drugs into the central nervous system. For this reason, drugs with neurological targets must be designed in a way that facilitates passage through the BBB.

Visão Geral

A barreira hematoencefálica (BBB) refere-se à vasculatura especializada que fornece ao cérebro nutrientes do sangue, regulando rigorosamente o movimento de iões, moléculas, agentes patogénicos e outras substâncias. É composto por células endoteliais fortemente ligadas de um lado e projeções de astrócitos do outro. Juntas, elas constituem uma barreira semipermeável que protege o cérebro e coloca desafios únicos para a entregas terapêuticas.

Componentes Celulares

A BBB é composta por uma variedade de componentes celulares, incluindo células endoteliais e astrócitos. Essas células compartilham uma membrana basal comum e, juntas, regulam a passagem de componentes entre a circulação e o fluido intersticial ao redor do cérebro.

O primeiro tipo de componente celular, as células endoteliais especializadas, compõem as paredes dos capilares cerebrais. Elas estão ligadas por junções intercelulares extremamente apertadas e complexas. Essas junções criam uma barreira física seletiva, prevenindo a difusão simples da maioria das substâncias, incluindo moléculas médias a grandes, como glicose e insulina.

Um segundo tipo de célula, astrócitos, são um tipo de célula da glia do sistema nervoso central que influencia a função celular endotelial, o fluxo sanguíneo e o equilíbrio de iões no cérebro através da interação e estreita associação com a vasculatura cerebral. Eles fornecem uma ligação direta entre a vasculatura e os neurónios: eles estendem processos—chamados endfeet—que envolvem os vasos sanguíneos em uma extremidade enquanto fazem contacto íntimo com neurónios em sinapses na outra extremidade.

Intercâmbio Químico

A capacidade de uma substância atravessar a BBB e a eficiência com que essa troca ocorre depende das propriedades químicas e moleculares de cada molécula ou ião. No geral, pequenos componentes lipossolúveis, como oxigénio e dióxido de carbono, sofrem uma rápida e simples difusão através da camada endotelial. Em contraste, componentes maiores ou solúveis em água muitas vezes requerem um processo mais seletivo que pode envolver transporte passivo ou ativo através de uma célula endotelial. A troca dessas substâncias geralmente ocorre mais lentamente ou pode não ocorrer, dependendo da abundância relativa e eficiência de receptores específicos de moléculas e proteínas de transporte na superfície das células endoteliais, entre outros fatores.

A BBB Protege o Cérebro

A proteção neural facilitada pela BBB é fundamental para a saúde e função cerebral adequadas. A desregulação da BBB pode levar a doenças neurológicas graves, incluindo esclerose múltipla, infeção e isquémia devido a um fornecimento sanguíneo inadequado. Por outro lado, a atividade da BBB pode ser prejudicial ao tratamento de algumas doenças neurológicas, prevenindo ou reduzindo substancialmente a passagem de medicamentos neuroativos para o sistema nervoso central. Por essa razão, medicamentos com alvos neurológicos devem ser criados de forma a facilitar a passagem pela BBB.


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