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Einleitung

In den vergangenen Jahren wurden zahlreiche in vitro Untersuchungen durchgeführt, um mehr Kenntnisse über die Blut-Hirn Schranke (BHS) und über Mechanismen, die zu deren Permeabilitätsveränderungen führen, zu erlangen.

Prof. Paul Ehrlich Nobelpreisträger Medizin 1908Die Existenz der BHS wurde Ende des 19. Jahrhunderts von Prof. Paul Ehrlich (1845-1915) erkannt, da sich intravenös verabreichte Farbstoffe in allen Geweben des Organismus rasch verteilten, jedoch nicht ins Gehirn eindrangen.

Heute wird allgemein akzeptiert, dass die Schrankenfunktion der BHS hauptsächlich durch spezielle Eigenschaften des cerebralen Kapillarendothels zustande kommt.

Die elektronenmikroskopischen Darstellung der Gerhirnkapillaren (Abb. 1,2) zeigt, dass die Endothelzellen durch eine kräftige Basallamina gegen die Nerven- und Gliazellen abgegrenzt sind.

In die Basallamina sind Perizyten eingebettet, die einen funktionellen Beitrag zur BHS leisten, in dem sie aus dem Blut ins interstitielle Hirngewebe übergetretene Stoffe durch Phagozytose entfernen. Darüber hinaus wird diskutiert, ob sie durch ihre kontraktilen Elemente den Blutfluss in der Kapillare regeln können und damit in ihrer Funktion den glatten Muskelzellen peripherer Gefäße ähneln. Astrozyten reichen mit ihren Endfüßchen bis an die Basallamina heran und bedecken diese streckenweise vollständig. Sie stehen funktionell in enger Wechselwirkung mit den Endothelzellen und induzieren durch die Sekretion bislang unbekannter Faktoren viele der spezifischen Eigenschaften der BHS [1-3].

Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Gehirnkapillare (Querschnitt): 1 Endothelzelle, 2 Basallamina, 3 Perizyt, 4 Nervenfasern. Vergrößerung 14 400fach.

Die Funktion der BHS liegt in der Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns durch die Kontrolle des Stoffaustauschs mit dem Blut; es wird beispielsweise im Interstitium des Hirngewebes ein Ionenmilieu geschaffen, das optimal an die Funktion der Nervenzellen angepasst ist. Außerdem wird das Gehirn vor vielen im Blutkreislauf zirkulierenden potentiellen Toxinen und pathogenen Mikroorganismen geschützt.

Diese Eigenschaften kommen hauptsächlich dadurch zustande, dass das cerebrale Endothel nicht fenestriert ist, die Endothelzellen durch "Tight Junctions" (TJ) fest miteinander verknüpft sind und nur einen minimalen transzellulären Transport durch Pinozytose aufweisen [4-6]. Dies unterscheidet sie von anderen Kapillaren im Organismus und verhindert die para- und transzelluläre Passage der meisten Stoffe aus dem Blut ins Gehirn (und umgekehrt) [7,8]

Viele lipophile Substanzen wie Nikotin oder Diazepam können Zellmembranen allerdings problemlos überqueren und finden daher leicht Zugang zum Gehirn. Die Lipophilität ist jedoch kein Garant für die Passage über die BHS, denn in den Endothelzellen gelegenes P-Glycoprotein kann einige der Stoffe, die bereits vom Blut ins Zytoplasma der Endothelzellen eingedrungen sind, ins Gefäßlumen zurücktransportieren.

Freie Diffusion durch das Endothel ist für Sauerstoff, Kohlendioxid oder Wasser möglich. Da Glucose, Aminosäuren oder Ketonkörper jedoch nicht in der Lage sind, die BHS passiv zu überwinden, existieren eine Reihe von Transportmechanismen, die die Versorgung des Gehirns mit diesen und anderen essentiellen Substanzen gewährleisten [8].