250px|thumb|Haarvaten in de hersenen thumb|250px|Astrocyten type I omgeven de haarvaten van de hersenen thumb|250px|Bloed-hersenbarrière
De bloed-hersenbarrièreFriedbichler, M., Friedbichler, I. & Eerenbeemt, A.M.M . van den (2009). Pinkhof Medisch Engels. Houten: Bohn Stafleu van Loghum. scheidt de bloedcirculatie van de extracellulaire vloeistof van de hersenen. De bloed-hersenbarrière strekt zich langs alle haarvaten van het centrale zenuwstelsel uit en bestaat uit tight junctions. Dat zijn verbindingen tussen de celmembranen van cellen die naast elkaar en om de haarvaten liggen en alleen daar in de bloedcirculatie voorkomen. Endotheelcellen beletten op deze manier het doordringen van microscopisch kleine deeltjes, bijvoorbeeld bacteriën, en van grote in water oplosbare moleculen in het hersenvocht. Ze laten vetoplosbare, anorganische kleine moleculen, zoals zuurstof en koolstofdioxide, en vetoplosbare hormonen passief wel via diffusie door. Daarnaast hebben de cellen van de barrière actieve transportmechanismen voor kleine organische moleculen, zoals glucose, die in water oplossen en van de spijsvertering komen. Een actief transportmechanisme is de mogelijkheid van bepaalde cellen om een molecuul tegen een gradiënt in te verplaatsen. Dit kost energie, in tegenstelling tot diffusie. De barrière bestaat verder nog uit een extra dikke basale membraan en uit de eindvoetjes van astrocyten.
Geschiedenis Paul Ehrlich was een microbioloog en bestudeerde kleuringstechnieken, waarmee bacteriën onder de microscoop zichtbaar kunnen worden gemaakt. Hij ontdekte dat van sommige proefdieren met aniline vrijwel alle weefsels konden worden gekleurd, maar de hersenen niet. Een van Ehrlichs studenten, Edwin Goldmann, injecteerde in 1913 aniline rechtstreeks in het hersenvocht van de proefdieren. De hersenen bleken als enige te worden gekleurd, dus moest er een soort barrière zijn tussen het bloed en het hersenvocht. Aangenomen werd dat de bloedvaten zelf als barrière fungeerden, omdat er geen membraan of iets dergelijks werd gevonden. Lina Stern kwam in 1921 ook tot de conclusie dat er een soort barrière was tussen de bloedvaten en de hersenen.Lina Stern: Science and fate by A.A. Vein. Department of Neurology, Leiden University Medical Centre, Leiden, The Netherlands De membraan kon toen de elektronenmicroscoop werd uitgevonden omstreeks 1965 worden waargenomen.
thumb|250px|Astrocyten met eindvoetjes en tight junctions tussen de endotheelcellen zijn belangrijke onderdelen van de bloed-hersenbarrière
Fysiologie De barrière werkt doordat de tight junctions tussen de endotheelcellen van de haarvaten in het centrale zenuwstelsel stoffen selectief doorlaten. De endotheelcellen zijn op het grensvlak tussen bloed en hersenen door deze tight junctions nauw aan elkaar verbonden, die zelf weer uit kleine onderdelen bestaan. Deze onderdelen zijn vaak biochemische dimeren, proteïnen die van de ene kant van de celmembraan naar de andere aanwezig zijn, zoals occludine, claudinen, junctional adhesion molecule (JAM) of ESAM. Elk van deze proteïnen die de membraan oversteekt, zit door een ander eiwitcomplex stevig aan de endotheelcellen vast. zo-1 en daaraan geassocieerde proteïnen behoren daartoe.
De bloed-hersenbarrière bestaat uit cellen met een grote dichtheid die stoffen uit de bloedstroom meer tegenhouden dan de endotheelcellen van haarvaten op andere plekken in het lichaam. Uitlopers van de astrocyten, voetjes of glia limitans, omringen de endotheelcelen van de bloed-hersenbarrière en ondersteunen ze chemisch.
Behalve de bloed-hersenbarrière is er ook de bloed-hersenvochtbarrière. Hersenvocht is het vocht dat hersenen en ruggenmerg omgeeft. De scheiding van bloed en hersenvocht is een taak van de plexus choroideus.(blz 34) Beide barrières regelen de homeostase van de hersenen.
Een aantal hersengebieden, vooral de gebieden om de vochtkamers, liggen van het bloed gezien niet achter de barrière. Voorbeelden hiervan zijn het dak van de derde en de vierde ventrikel, de haarvaten in de pijnappelklier of epifyse. De pijnappelklier produceert het hormoon melatonine, dat direct aan het bloed wordt afgegeven. Melatonine passeert de bloed-hersenbarrière gemakkelijk.Gilgun-Sherki, Yossi; Melamed, Eldad and Offen, Daniel.(2001). Neuropharmacology. Volume 40, Issue 8, June 2001, pp. 959–975. doi:10.1016/S0028-3908(01)00019-3
Jonge dieren en kleine kinderen Onderzoek leek er omstreeks 1920 op te wijzen dat de bloed-hersenbarrière bij zuigelingen nog onrijp was. Dit werd veroorzaakt doordat bij experimenten een te hoge osmotische druk was toegepast, waardoor een deel van de haarvaten beschadigd was geraakt. Wanneer minder volume wordt gebruikt, blijkt het dat de gebruikte markers niet door de embryonale haarvaten kunnen doordringen. Het natuurlijke albumine, toproteïne en transferrine zijn, hoewel ze bij de pasgeborene verhoogd aanwezig zijn in het bloed, in de hersenen niet aan te tonen. De effluxtransporteur glycoproteïne–P komt ook in embryonaal endotheel al voor.
Uit experimenten waarin bij verdoofde pasgeboren konijnen de opname van zowel vetoplosbare stoffenaceetamide, antipyrine, benzylalcohol, butano, cafeïne, cytosine, diphenylhydantoine, diphantoine, 1,2-ethaandiol, heroïne, mannitol, methanol, fenobarbital, propaan-1,2-diol, thio-ureum en ureum als noodzakelijke stoffen voor de stofwisselingglucose, aminozuren, organische zuren, purines, nucleosiden en choline werd gemeten bleek dat de bloed-hersenbarrière net zo functioneerde als bij volwassen dieren. Dus ook bij jonge dieren functioneert de bloed-hersenbarrière al goed.
Bescherming De bloed-hersenbarrière is effectief in het beschermen van de hersenen tegen infecties met bacteriën. Daarom komen infecties van de hersenen niet vaak voor. Aangezien antistoffen en antibiotica vaak te groot zijn om de barrière te doordringen, is een infectie die optreedt meestal ernstig en moeilijk te behandelen. Door een ontsteking wordt de bloed-hersenbarrière gelukkig meestal meer doorlaatbaar, waardoor sommige antibiotica toch komen waar ze nodig zijn. Virussen gaan meestal door de bloed-hersenbarrière door zich te hechten aan circulerende immuuncellen.
Spirocheten, waaronder de bacterie Borrelia burgdorferi die de lymeziekte veroorzaakt, en Treponema pallidum, die syfilis veroorzaakt, blijken een opening door de wanden van haarvaten te kunnen maken en op deze manier de bloed-hersenbarrière te doorbreken.
De bloed-hersenbarrière beschermt ook tegen vergiften die uit moleculen bestaan die te groot zijn om de bloed-hersenbarrière te passeren. Dit was belangrijk in primitieve tijden en in de middeleeuwen toen mensen dikwijls bedorven voedsel tot zich namen. Neurotoxinen zoals botulinetoxine in het voedsel kunnen de perifere zenuwen aantasten, maar de bloed-hersenbarrière zorgt ervoor dat ze het centrale zenuwstelsel niet bereiken, wat ernstiger gevolgen zou hebben.
Geneesmiddel thumb|Effluxpompen in de bloed-hersenbarrière Pgp = P-glycoproteïne MRP = multidrug resistance-associated protein BCRP = breast cancer resistance proteïn
Behandeling van hersenziekten wordt bemoeilijkt, doordat het lastig is geneesmiddel te krijgen waar het nodig is. De barrière houdt namelijk behalve schadelijke, ook belangrijke stoffen tegen die een diagnose zouden kunnen doen stellen of als behandeling zouden kunnen dienen. Medicijnen kunnen door de voordeur proberen binnen te komen, of achterom. Door de voordeur houdt in dat de barrière door osmose doorlaatbaar wordt gemaakt, op biochemische wijze of zelfs door blootstelling aan hoog-energetisch ultrageluid. Andere toegepaste middelen maken gebruik van de endogene transportsystemen, zoals de carrier-systemen voor glucose en de aminozuren, de transcystose, vervoer door de cel, via een receptor, zoals voor insuline en transferrine en het blokkeren van actieve naar buiten pompende transporteurs zoals P-glycoproteïne.
Om medicijnen achter de bloed-hersenbarrière te krijgen, kan dit met mannitol worden toegediend via een hersenimplantaat of een ruggenprik, of via langzaam druppelen rechtstreeks in de hersenen. Niet zo lang geleden hebben geleerden geprobeerd om liposomen te maken die ze konden laden met nanodeeltjes.
Geneesmiddel door de bloed-hersenbarrière toedienen is een veelbelovende toepassing van de nanotechnologie in de neurowetenschap. De mogelijkheden worden onderzocht om nanodeeltjes geneesmiddel tegen kanker naar de goede plaats in het centrale zenuwstelsel te laten brengen. Het is een belangrijke eigenschap voor medicatie dat de nanodeeltjes verschillende taken in de beoogde volgorde uitvoeren. Bijvoorbeeld werd radio-actief polyethyleenglycol met een coating van hexadecylcyanoacrylaat gericht naar een gliosarcoom gestuurd van een rat en het bleek daar inderdaad te blijven. Deze methode is nog niet geschikt voor onderzoek bij patiënten, omdat de nanodeeltjes zich ook in het gezonde weefsel ophoopten om de tumor heen. De endotheelcellen van de haarvaten en de daarmee samenhangende pericyten zijn in een tumor vaak anders en de bloed-hersenbarrière is dikwijls niet intact. Er is ook vaak geen volledige basale membraan. Er kunnen nog andere factoren zijn zoals de astrocyten die ervoor zorgen dat hersentumoren moeilijk zijn te behandelen.
Bij de ziekte van Parkinson is er een dopaminetekort in de hersenen, maar dopamine passeert de bloed-hersenbarrière niet. De patiënten krijgen daarom levodopa, een precursor, met de stof benserazide of carbidopa, een perifere decarboxylaseremmer, die de afbraak buiten de hersenen blokkeren. Dit vergroot het effect en vermindert tegelijk bijwerkingen.
Veel drugs zoals cocaïne, heroïne en ook mildere middelen zoals cafeïne en alcohol kunnen de bloed-hersenbarrière passeren, waardoor iemand die het neemt dat al snel voelt. Dit kan doordat de werkzame stoffen ervan vaak zo klein zijn dat ze daar wel doorheen komen.
Ziekten Hersenvliesontsteking Hersenvliesontsteking of meningitis is een ontsteking van de vliezen die om de hersenen en het ruggenmerg heen liggen, van de hersenvliezen. Meningitis wordt meestal door ziektekiemen veroorzaakt, zoals pneumokokken en Haemophilus influenzae. Als de hersenvliezen ontstoken raken, kan dat de bloed-hersenbarrière beschadigen. Deze beschadiging kan de doorlaatbaarheid vergroten voor allerlei substanties, zowel van gifstoffen van de bacteriën als van antibiotica. Antibiotica die bij hersenvliesontsteking worden gebruikt kunnen de ontstekingsreactie in de hersenen verhevigen, doordat er giftige neurotoxines van de celwand van de bacteriën vrijkomen. Daarom wordt voor de behandeling meestal de voorkeur gegeven aan cefalosporines van de derde of vierde generatie.
Epilepsie