Structure de la barrière hématoencéphalique, fonctions et maladies

Le barrière hémato-encéphalique (BHE) est une paroi semi-perméable située entre le sang et le cerveau. Il est constitué des cellules qui forment les parois des capillaires sanguins cérébraux. Cette barrière permet d'isoler chimiquement les neurones du système nerveux central du reste de l'organisme.

Paul Ehrlich, le médecin allemand qui a remporté le prix Nobel de médecine en 1908, a démontré l'existence de la barrière hémato-encéphalique.

En 1878, il rédigea une thèse sur la coloration histologique. Ehrlich a essayé d'injecter un colorant bleu appelé aniline dans le sang d'une souris. Il a constaté que tous les tissus étaient colorés en bleu, à l'exception du cerveau et de la moelle épinière.

Cependant, lorsqu'il a injecté le même colorant dans le liquide céphalo-rachidien des ventricules cérébraux, l'ensemble du système nerveux central est devenu bleu.

Cette expérience a montré qu'il existe une barrière entre le sang et le liquide dans les cellules du cerveau (liquide extracellulaire): la barrière hémato-encéphalique.

Le cerveau est le seul organe qui possède son propre système de sécurité. Grâce à la barrière hémato-encéphalique, les nutriments essentiels peuvent l'atteindre tout en bloquant l'entrée d'autres substances.

Cette barrière sert à maintenir le bon fonctionnement des neurones en contrôlant l'entrée et la sortie des substances chimiques dans le cerveau. Bien que, malheureusement, cette barrière bloque si efficacement le passage de substances étrangères au cerveau qui empêche normalement les médicaments d'y accéder.

En tout état de cause, la recherche continue à concevoir des médicaments qui ont les exigences nécessaires pour pénétrer cette barrière.

Cependant, il existe des régions du corps où il n'y a pas de barrière hémato-encéphalique. Ceux-ci sont connus sous le nom d'organes circuventriculaires.

Enfin, certaines conditions entraînent une ouverture de la barrière hémato-encéphalique. Cela permet l'échange de substances librement, de sorte que le fonctionnement du cerveau peut être modifié. Certains d'entre eux sont des inflammations, des traumatismes ou des maladies telles que la sclérose en plaques.

Structure de la barrière hémato-encéphalique

Certaines substances peuvent franchir cette barrière, mais d'autres ne le peuvent pas. Ce qui signifie que c'est une barrière sélectivement perméable.

Dans une grande partie du corps, les cellules qui composent les capillaires sanguins ne se lient pas étroitement. Ces cellules sont appelées cellules endothéliales et comportent des fentes entre lesquelles diverses substances peuvent entrer et sortir. Ainsi, des éléments sont échangés entre le plasma sanguin et le liquide entourant les cellules de l'organisme (fluide extracellulaire).

Cependant, dans le système nerveux central, les capillaires ne présentent pas ces fentes. Au contraire, les cellules sont étroitement liées. Cela empêche de nombreuses substances de quitter le sang.

Il est vrai que certaines substances concrètes peuvent franchir cette barrière. Ils le font au moyen de protéines spéciales qui les transportent des parois des capillaires.

Par exemple, les transporteurs de glucose permettent l'entrée de cette substance dans le cerveau pour fournir du carburant. De plus, ces transporteurs empêchent les déchets toxiques de rester dans le cerveau.

Les cellules gliales (soutenant), appelées astrocytes, s'agglomèrent autour des vaisseaux sanguins du cerveau et semblent jouer un rôle important dans le développement de la barrière hémato-encéphalique. Celles-ci semblent également contribuer au transport des ions du cerveau vers le sang.

Par ailleurs, certaines zones du système nerveux ont une barrière hémato-encéphalique plus perméable que dans d'autres. La section suivante explique à quoi cela sert.

Fonctions

Pour qu'il y ait un bon fonctionnement cérébral, il est essentiel de maintenir un équilibre entre les substances à l'intérieur des neurones et dans le liquide extracellulaire qui les entoure. Cela permet aux messages d'être transmis correctement entre les cellules.

Si les composants du liquide extracellulaire changent, même légèrement, cette transmission sera altérée et conduira à des altérations de la fonction cérébrale.

Par conséquent, la barrière hémato-encéphalique agit pour réguler la composition de ce liquide. Par exemple, de nombreux aliments que nous consommons contiennent des substances chimiques susceptibles de modifier l'échange d'informations entre les neurones. La barrière hémato-encéphalique empêche ces substances d'atteindre le cerveau tout en maintenant un bon fonctionnement.

Il est important de noter que la barrière hémato-encéphalique n'a pas de structure uniforme dans tout le système nerveux. Il y a des endroits où il y a plus de perméabilité que dans d'autres. Ceci est utile pour permettre le passage de substances qui ne sont pas les bienvenues ailleurs.

Un exemple est la zone postrema du tronc cérébral. Cette région contrôle les vomissements et possède une barrière hémato-encéphalique beaucoup plus perméable. Son objectif est que les neurones de cette zone puissent détecter rapidement les substances toxiques dans le sang.

Ainsi, lorsqu'un poison provenant de l'estomac atteint le système circulatoire, il stimule la zone cérébrale postrema et provoque des vomissements.De cette façon, l'organisme peut expulser le contenu toxique de l'estomac avant qu'il ne commence à être nocif.

En résumé, les trois fonctions principales de la barrière hémato-encéphalique sont:

- Protège le cerveau des substances étrangères potentiellement dangereuses ou pouvant altérer les fonctions cérébrales.

- Protège et sépare le système nerveux central des hormones et des neurotransmetteurs présents dans le reste du corps, en évitant les effets indésirables.

- Maintient un équilibre chimique constant dans notre cerveau.

Quelles substances traversent la barrière hémato-encéphalique?

Il existe des substances plus susceptibles que d'autres de traverser la barrière hémato-encéphalique. Les substances qui présentent les caractéristiques suivantes entrent plus facilement que d'autres:

- Les petites molécules passent beaucoup plus facilement la barrière hémato-encéphalique que les grandes molécules.

- Les substances liposolubles traversent facilement la barrière hémato-encéphalique, alors que celles qui ne le font pas le font plus lentement ou ne parviennent pas à le franchir. Un type de médicament soluble dans les lipides qui atteint facilement notre cerveau sont les barbituriques. D'autres exemples sont l'éthanol, la nicotine, la caféine ou l'héroïne.

- Les molécules qui ont moins de charge électrique passent la barrière plus rapidement que celles qui ont une charge élevée.

Certaines substances peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique. Surtout, ils transmettent des molécules de glucose, d'oxygène et d'acides aminés qui sont fondamentales pour le bon fonctionnement du cerveau.

Les acides aminés tels que la tyrosine, le tryptophane, la phénylalanine, la valine ou la leucine, pénètrent très rapidement dans la barrière hémato-encéphalique. Beaucoup d'entre eux sont des précurseurs de neurotransmetteurs synthétisés dans le cerveau.

Cependant, cette barrière exclut pratiquement toutes les grandes molécules et 98% de tous les médicaments composés de petites molécules.

C'est pourquoi il existe des difficultés pour le traitement des maladies du cerveau, car les médicaments ne traversent généralement pas la barrière ou ne contiennent pas les quantités nécessaires. Dans certains cas, des agents thérapeutiques peuvent être injectés directement dans le cerveau pour éviter la barrière hémato-encéphalique.

Dans le même temps, il empêche l'entrée de neurotoxines et de lipophiles par un transporteur régulé par la glycoprotéine P.

Organes circuventriculaires

Comme mentionné, il existe plusieurs régions du cerveau où la barrière hémato-encéphalique est la plus faible et la plus perméable. Cela amène facilement les substances à atteindre ces régions.

Grâce à ces zones, le cerveau peut contrôler la composition du sang. Dans les organes circuventriculaires sont:

- La glande pinéale: est une structure située à l'intérieur de notre cerveau, entre les yeux. Il est lié à nos rythmes biologiques et à nos fonctions hormonales importantes. Il libère de la mélatonine et des peptides neuroactifs.

- Neurohypophyse: est le lobe postérieur de la glande pituitaire. Conserve les substances de l'hypothalamus, principalement des neurohormones telles que l'ocytocine et la vasopressine.

- Zone postrema: comme mentionné ci-dessus, produit des vomissements pour nous empêcher de devenir intoxiqué.

- Organe subfornical: est essentiel dans la régulation des fluides corporels. Par exemple, il joue un rôle important dans la sensation de soif.

- Organe vasculaire de la lame terminale: contribue également à la soif et à l'équilibre hydrique grâce à la libération de vasopressine. Détecte les peptides et autres molécules

- Eminence media: zone de l'hypothalamus qui régule l'hypophyse antérieure par des interactions entre les hormones stimulantes et inhibitrices hypothalamiques.

Conditions qui affectent la barrière hémato-encéphalique

Il est possible que la barrière hémato-encéphalique soit altérée en raison de différentes maladies. De plus, lorsque cette barrière s'affaiblit, il est possible que la probabilité augmente ou accélère l'apparition de troubles neurodégénératifs.

- Hypertension ou tension élevée: peut provoquer une altération de cette barrière, devenir perméable, ce qui peut être dangereux pour notre corps.

- Rayonnement: une longue exposition aux rayonnements peut affaiblir la barrière hémato-encéphalique.

- Infections: l'inflammation d'une partie du système nerveux central affaiblit cette barrière. Un exemple est la méningite, une maladie dans laquelle les méninges cérébrales (couches qui entourent le cerveau et la moelle épinière) sont enflammées par divers virus et bactéries.

- Les traumatismes, l'ischémie, les accidents vasculaires cérébraux ... peuvent causer des dommages directs au cerveau, affectant la barrière hémato-encéphalique.

- Abcès cérébral. C'est dû à l'inflammation et à l'accumulation de pus dans le cerveau. L'infection provient généralement de l'oreille, de la bouche, des sinus, etc. Bien que cela puisse être le résultat d'un traumatisme ou d'une intervention chirurgicale. Dans la plupart des cas, il faut 8 à 12 semaines de traitement antibactérien.

- Sclérose en plaques: il semble que les personnes atteintes de cette maladie fuient la barrière hémato-encéphalique. Cela fait que trop de globules blancs atteignent le cerveau, où ils attaquent par erreur la myéline.

La myéline est une substance qui recouvre les cellules nerveuses et permet aux impulsions nerveuses de se déplacer rapidement et efficacement. Si elle est détruite, une détérioration cognitive et progressive du moteur apparaîtra.

Références

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2. La barrière hémato-encéphalique ("Keep Out"). (s.f.) Récupéré le 22 avril 2017 de Neuroscience for kids: faculty.washington.edu.
3. La barrière hémato-encéphalique. (2 juillet 2014). Récupéré de BrainFacts: brainfacts.org.
4. Carlson, N.R. (2006). Physiologie du comportement 8ème édition Madrid: Pearson.