Barrière hémato-encéphalique

Définition

La barrière hémato-encéphalique est une barrière à la perméabilité hautement sélective qui sépare le sang qui circule du fluide cérébral extracellulaire dans le système nerveux central (SNC). Elle est un mécanisme de protection réalisé grâce à une organisation de capillaires et de cellules nerveuses assurant une fonction de sélection au niveau du passage de certaines substances du sang vers le liquide cérébrospinal et l'encéphale.

Les barrières hémato-encéphaliques :

Les barrières hémato-encéphaliques, ou barrières cérébrales sanguines, est une frontière semi-perméable hautement sélective qui sépare le sang en circulation du cerveau et du liquide extracellulaire dans le système nerveux central.

La barrière hémato-encéphalique est formée de cellules cérébrales endothéliales reliées par des jonctions serrées présentant une très faible résistivité électrique d'au moins 0,1 Ωm.

Explications

Cette barrière hémo-encéphalique permet le passage de l'eau, de certains gaz et de molécules liposolubles par diffusion passive, ainsi que le transport sélectif de molécules telles que le glucose et les acides aminés qui jouent un rôle crucial dans la fonction neuronale. D'autre part, la barrière hémato-encéphalique peut empêcher l'entrée de neurotoxines potentielles lipophiles, par le biais d'un mécanisme de transport actif à médiation par la P-glycoprotéine. Les astrocytes sont essentiels à la création de cette barrière. Un petit nombre de régions du cerveau, y compris les organes circuventriculaires, n'ont pas de barrière hémato-encéphalique.

La barrière hémato-encéphalique se situe le long de tous les capillaires et se compose de jonctions serrées autour des capillaires qui n'existent pas dans la circulation normale. Les cellules endothéliales limitent la diffusion d'objets microscopiques (par exemple, des bactéries) et de molécules volumineuses ou hydrophiles dans le liquide céphalo-rachidien (LCR); dans le même temps, ils permettent la diffusion de petites molécules ou d'hydrophobes (O₂, CO₂, hormones). Les cellules barrières transportent activement des produits métaboliques tels que le glucose à travers la barrière avec des protéines spécifiques.

La barrière hémato-encéphalique protège le cerveau contre les agents pathogènes, les toxines et les messagers qui circulent dans le sang. Il représente un filtre hautement sélectif, à travers lequel les nutriments nécessaires au cerveau sont fournis et les produits métaboliques résultants sont éliminés. L'approvisionnement et l'élimination sont assurés par un certain nombre de processus de transport spéciaux.

Par ailleurs, cette fonction protectrice du cerveau complique le traitement médicamenteux de diverses maladies neurologiques, de nombreux médicaments ne pouvant pas passer la barrière hémato-encéphalique. Surmonter la barrière hémato-encéphalique est un domaine de recherche actuel pour pouvoir traiter ces maladies. Très peu de maladies - très rares - sont directement liées à la barrière hémato-encéphalique, alors qu'elles-mêmes peuvent être touchées par un nombre beaucoup plus élevé de maladies répandues. Une telle perturbation ou une telle lésion de la barrière hémato-encéphalique est une complication très grave.

Les premières tentatives, qui indiquaient l'existence de cette barrière, conduisirent Paul Ehrlich en 1885. Il a toutefois mal interprété les résultats de son test. La détection finale de la barrière hémato-encéphalique a été réalisée en 1967 par des examens au microscope électronique.

⭐ Voir aussi le rôle des chimiorécepteurs.

Structure

La barrière hémato-encéphalique est une structure microvasculaire complexe, formée par les cellules endothéliales, les péricytes, la lame basale abluminale, les astrocytes périvasculaires et la microglie.

Cette délimitation spéciale du sang (intravasculaire) de l'espace extravasculaire du cerveau et de la moelle épinière se forme chez tous les vertébrés terrestres (Tétrapodes) et permet au tissu nerveux de conserver son propre environnement (homéostasie). En substance, cette barrière est formée par les cellules endothéliales, qui sont étroitement liées ici dans les vaisseaux sanguins capillaires via des jonctions serrées.

Tâches de la barrière hémato-encéphalique

Le cerveau chez l'homme représente environ 2 % de la masse corporelle. La proportion des besoins en nutriments est d'environ 20 %. Contrairement aux autres organes du corps, le cerveau a des réserves extrêmement faibles en nutriments ou en oxygène. En outre, les cellules nerveuses sont incapables de répondre aux besoins en énergie de manière anaérobie, c'est-à-dire sans oxygène élémentaire. Ainsi, une interruption de l'apport sanguin au cerveau entraîne une perte de conscience au bout de dix secondes et seulement quelques minutes plus tard, les cellules nerveuses meurent. Selon l'activité de la région cérébrale, ses besoins en énergie et ses réserves peuvent être très différents. Afin de pouvoir adapter l'approvisionnement aux besoins respectifs, ces zones régulent automatiquement leur approvisionnement en sang.

Les fonctions complexes du cerveau sont liées à des processus électrochimiques et biochimiques extrêmement sensibles, qui ne peuvent se dérouler pratiquement sans perturbation dans un environnement interne constant, l'homéostat. Par exemple, les fluctuations du pH sanguin ne doivent pas être transmises au cerveau. Des fluctuations de la concentration en potassium modifieraient le potentiel membranaire des cellules nerveuses. Les neurotransmetteurs circulant dans les vaisseaux sanguins ne doivent pas pénétrer dans le système nerveux central, car ils perturberaient considérablement le flux d'informations des synapses existantes. De plus, les neurones ne sont pas capables de se régénérer dans un dommage causé. En définitive, le cerveau, en tant qu'organe central, doit également être protégé contre les effets de substances étrangères, telles que les xénobiotiques et les agents pathogènes. L'opacité étendue de la barrière hémato-encéphalique vis-à-vis des pathogènes à diffusion hématogène, des anticorps et des leucocytes en fait une barrière immunologique.

D'autre part, en raison des besoins énergétiques élevés du cerveau - par rapport à d'autres organes -, des quantités disproportionnées de produits de dégradation métabolique doivent être à nouveau dissipées via la barrière hémato-encéphalique.

Pour assurer toutes ces fonctions (soins, élimination et homéostasie), le système vasculaire cérébral des vertébrés présente un certain nombre de différences structurelles et fonctionnelles par rapport au système vasculaire sanguin périphérique. Cette différenciation provoque une séparation substantielle du cerveau de l'espace extracellulaire environnant et est essentielle pour la protection du tissu neuronal sensible ainsi que pour le maintien d'un environnement interne constant.

Les modifications de la fonction de la barrière hémato-encéphalique entraînent des modifications de l'état du système nerveux central, pouvant à leur tour entraîner des dysfonctionnements ou des maladies du système nerveux central. En conséquence, un certain nombre de troubles neurologiques sont directement ou indirectement associés à la barrière hémato-encéphalique.

Anatomie

L'élément essentiel de la barrière hémato-encéphalique est constitué par les cellules endothéliales avec leurs jonctions serrées. Cependant, deux autres types de cellules, les péricytes et les astrocytes, revêtent une grande importance pour la fonction, le développement et le développement de la barrière hémato-encéphalique. Les interactions entre cellules endothéliales, péricytes et astrocytes sont aussi proches que dans aucune autre cellule. Ces trois types de cellules forment ensemble la barrière hémato-encéphalique de la plupart des vertébrés, la barrière hémato-encéphalique endothéliale. Les données anatomiques suivantes concernent la barrière hémato-encéphalique endothéliale des vertébrés. La barrière hémato-encéphalique gliale formée chez certains vertébrés et de nombreux invertébrés est répertoriée séparément à la fin de cette page.

Données (chiffres)

Un réseau de plus de 100 milliards de capillaires, dont la longueur totale est d'environ 600 km chez l'adulte, traverse tout le cerveau. La distance moyenne entre ces vaisseaux sanguins est de 40 µm. Les différentes régions du cerveau sont fournies différemment. La densité de capillaires est la plus élevée dans le cortex cérébral (cortex cérébral) avec 300 à 800 sections transversales capillaires par mm² de tissu.

La surface totale des vaisseaux sanguins dans le cerveau est comprise entre 12 et 20 m². Environ 610 ml de sang circulent dans ces vaisseaux par minute, avec une vitesse moyenne de 1 mm/s. La pression artérielle moyenne est comprise entre 15 et 35 mmHg. Le temps de transit moyen (MTT) est de 5 secondes. En comparaison, il se trouve dans l'intestin, dont les vaisseaux sanguins ont une surface de 180 m², à environ 40 heures, et dans le foie - à 70 m² - à 30 secondes.

Zones du cerveau sans barrière hémato-encéphalique

Tous les capillaires du cerveau ne constituent pas une barrière hémato-encéphalique. Ainsi, les zones cérébrales qui libèrent des composés neuroendocriniens (hormones) dans le sang ou qui ont une fonction sensorielle - par exemple, pour certaines hormones peptidiques - n'ont nécessairement aucune barrière hémato-encéphalique. C'est le cas de six organes circumventriculaires. La glande pinéale, l'éminence médiane, la neurohypophyse, etc., ont des capillaires fenestrés.

Par exemple, les neurones de la zone postrème peuvent détecter des substances toxiques pour le corps et stimuler une nausée au centre des vomissements. Dans le sous-organe organum, la barrière hémato-encéphalique est le seul des organes circumventriculaires. Afin de protéger le tissu cérébral environnant, les organes circumventriculaires sont entourés de tanyocytes. Ce sont des cellules épendymaires spéciales avec des jonctions serrées très denses.

Troubles de la barrière hémato-encéphalique

Les perturbations de la barrière hémato-encéphalique peuvent être causées par différentes maladies. La barrière hémato-encéphalique peut également être le point de départ de certaines maladies neurologiques très rares génétiquement déterminées.

La perturbation de l'effet protecteur de la barrière hémato-encéphalique est une complication de nombreuses maladies neurodégénératives et lésions cérébrales. Certaines maladies périphériques, telles que le diabète sucré ou l'inflammation, ont également des effets néfastes sur la fonction de barrière hémato-encéphalique.

D'autres maladies, en revanche, interfèrent avec la fonction de l'endothélium de l'intérieur, c'est-à-dire que l'intégrité de la barrière hémato-encéphalique est altérée par les influences provenant de la matrice extracellulaire. Un exemple de ceci est le glioblastome.

En revanche, un certain nombre de maladies du cerveau se manifestent par le fait que certains agents pathogènes peuvent franchir la barrière hémato-encéphalique. Ceux-ci comprennent, par exemple, le virus IH, le virus T-lymphotrope humain 1, le virus West Nile et des bactéries, telles que Neisseria meningitidis ou Vibrio cholerae.

Dans le cas de la sclérose en plaques, les "agents pathogènes" sont des cellules du système immunitaire du corps qui traversent la barrière hémato-encéphalique. De même, dans certaines tumeurs non cérébrales, les cellules métastatiques traversent la barrière hémato-encéphalique et peuvent provoquer des métastases dans le cerveau.

En rapport avec "barrière hémato-encéphalique"

• barrière hémato-testiculaire

  

  La barrière hémato-testiculaire est l'une des barrières sanguines les plus étanches du corps des mammifères.

• hématocrite

  

  Un hématocrite est le rapport du volume des globules sanguins (hématies) sur le volume sanguin total.

• hématogène

  

  Ce qui est hématogène provient ou produit du sang, distribué ou propagé par la circulation sanguine.

• hématologie

  

  L'hématologie est l'étude du sang en relation avec la santé et la maladie (troubles sanguins).