Barrière hématoencéphalique: structure, fonctions et maladies

La barrière hémato-encéphalique est un mur semi-perméable situé entre le sang et le cerveau. Il est constitué des cellules qui forment les parois des capillaires sanguins cérébraux. Cette barrière permet aux neurones du système nerveux central d'être isolés chimiquement 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 fit 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 teints en bleu sauf le cerveau et la moelle épinière.

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

Cette expérience a montré qu'il existait 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 à disposer de 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 de produits chimiques dans le cerveau. Bien que, malheureusement, cette barrière bloque si efficacement le passage de substances étrangères au cerveau qui empêche également les médicaments de l’atteindre.

Dans tous les cas, les recherches se poursuivent pour concevoir des médicaments répondant aux exigences nécessaires pour pénétrer cet obstacle.

Cependant, il y a certaines régions du corps où il n'y a pas de barrière hémato-encéphalique. Ceux-ci sont connus comme organes circuventriculaires.

Enfin, certaines conditions provoquent 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 une inflammation, des traumatismes ou des maladies telles que la sclérose en plaques.

Structure de la barrière hémato-encéphalique

Certaines substances peuvent traverser cette barrière, d’autres non. Ce qui signifie que c'est une barrière sélectivement perméable.

Dans une grande partie du corps, les cellules qui constituent les capillaires sanguins ne se lient pas étroitement. Celles-ci sont appelées cellules endothéliales et ont entre elles des fentes permettant à diverses substances d'entrer et de 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 n’ont 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 traverser cette barrière. Ils le font au moyen de protéines spéciales qui les transportent des parois des capillaires.

Par exemple, les transporteurs de glucose permettent à cette substance d'entrer dans le cerveau pour fournir du carburant. En outre, ces transporteurs empêchent les déchets toxiques de rester dans le cerveau.

Les cellules (de soutien) gliales, appelées astrocytes, s'agglutinent 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 au sang.

D'autre part, il existe des zones du système nerveux qui ont une barrière hémato-encéphalique plus perméable que dans d'autres. La section suivante explique à quoi ça sert.

Fonctions

Pour que le cerveau fonctionne bien, il est essentiel de maintenir un équilibre entre les substances contenues dans les 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 modifiée, ce qui entraînera 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 mangeons présentent des substances chimiques susceptibles de modifier l’échange d’informations entre neurones. La barrière hémato-encéphalique empêche ces substances d'atteindre le cerveau, assurant ainsi leur bon fonctionnement.

Il est important de noter que la barrière hémato-encéphalique n'a pas une structure uniforme dans tout le système nerveux. Il y a des endroits où il 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 situés dans cette zone puissent détecter rapidement les substances toxiques présentes dans le sang.

Ainsi, quand un poison venant de l'estomac atteint le système circulatoire, il stimule la région du dessert cérébral provoquant 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 les suivantes:

- Protège le cerveau des substances étrangères potentiellement dangereuses ou susceptibles d'altérer le fonctionnement du cerveau.

- 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 franchir la barrière hémato-encéphalique. Les substances présentant les caractéristiques suivantes entrent plus facilement que d'autres:

- Les petites molécules franchissent beaucoup plus facilement la barrière hémato-encéphalique que les grosses 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 la franchir. Les barbituriques sont un type de médicament soluble dans les lipides qui atteint facilement notre cerveau. D'autres exemples sont l'éthanol, la nicotine, la caféine ou l'héroïne.

- Les molécules moins chargées en électricité franchissent la barrière plus rapidement que celles à forte charge.

Certaines substances peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique. Surtout, ils transmettent des molécules de glucose, de l'oxygène et des acides aminés essentiels au 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. Nombre d'entre eux sont des précurseurs de neurotransmetteurs synthétisés dans le cerveau.

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

C’est la raison pour laquelle le traitement des maladies du cerveau pose des problèmes, car les médicaments ne traversent généralement pas la barrière ou ne le sont pas en quantité suffisante. 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 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 provoque des substances pour atteindre facilement ces régions.

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

- Glande pinéale: est une structure située dans 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 l'hypophyse. Stocke des substances de l'hypothalamus, principalement des neurohormones telles que l'ocytocine et la vasopressine.

- Zone postrema: comme mentionné ci-dessus, provoque des vomissements pour nous empêcher de nous intoxiquer.

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

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

- Eminence media: il s’agit d’une zone de l’hypothalamus qui régule l’hypophyse antérieure par le biais d’interactions entre les hormones stimulantes et inhibitrices de l’hypothalamus.

Conditions affectant 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 haute tension: cette barrière peut être altérée, devenant ainsi perméable, ce qui peut être dangereux pour notre corps.

- Rayonnement: une exposition prolongée au rayonnement 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.

- Un traumatisme, une ischémie, un accident vasculaire cérébral ... peut causer des dommages directs au cerveau, en affectant la barrière hémato-encéphalique.

- Abcès cérébral. Cela 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 présentent des fuites au niveau de la barrière hémato-encéphalique. Cela provoque trop de globules blancs pour atteindre 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 voyager rapidement et efficacement. Si elle est détruite, une détérioration cognitive et progressive du moteur apparaîtra.