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Barrière hémato-encéphalique ou BHE : - Coggle Diagram
Barrière hémato-encéphalique ou BHE :
Barrières :
Différents types de barrières :
BHE : formée essentiellement de cellules endothéliales longeant les capillaires pénétrant dans le cerveau et la ME.
C'est la plus grande surface d'échange entre le sang et le cerveau.
Rôle majeur dans la protection du cerveau des agents véhiculés par le sang.
Barrière sang-LCR : formée par les cellules épithéliales des plexus choroïdes qui contrôlent la sécrétion de LCR dans le système ventriculaire cérébral.
Barrière arachnoïdienne : constituée de l'épithélium arachnoïdien avasculaire situé sous la dure-mère. Sa surface est limitée en comparaison aux autres barrières, et du fait de son caractère avasculaire, elle participe peu aux échanges entre le sang et le cerveau.
Ces 2 dernières sont parfois rassemblées sous le terme de barrière hémato-liquidienne.
Ces barrières fonctionnent comme une interface dynamique régulant l'homéostasie cérébrale et protégeant le SNC de différentes conditions pathologiques.
Elles sont à la fois des barrières physiques, fonctionnelles et métaboliques.
Tout en protégeant le cerveau, ces barrières ont aussi la contrepartie d'empêcher la pénétration dans le cerveau de molécules thérapeutiques administrées en périphérie.
Outre la présence centrale de cellules endothéliales, l'interaction de cette barrière avec les astrocytes, les cellules microgliales ou encore les péricytes permettent de la décrire comme une véritable unité neurovasculaire multicellulaire et sélective.
Les cellules microgliales vont avoir un rôle important au niveau de la régulation de la barrière car elles vont jouer sur l'immunité, en particulier à travers les voies impliquant PDC1 et CDA4.
Les péricytes quant à eux diminuent drastiquement avec l'âge ce qui crée une faiblesse au niveau de la barrière. Sur le long cour cette faiblesse peut créer des dégénérescences.
L'unité neurovasculaire (UNV) :
décrit la structure cérébrale, dont le cerveau est l'organe central régissant de nombreuses fonctions, avec la ME, tous 2 forment le SNC.
Le SNC est un organe complexe qui permet le traitement de diverses infos qu'il reçoit et organise les commandes motrices au sein de l'organisme. Il s'agit du système le plus sensible du corps humain qui consomme à lui seul 20% de l'oxygène total circulant en dépit de ne représenter que 2% du poids du corps.
Le cerveau ne compte pas moins de 1000 milliards de cellules gliales et 100 milliards de neurones.
BHE :
La BHE se présente comme une interface d'échange entre le sang et le cerveau, localisée au niveau des micro vaisseaux et permettant de réguler le passage des MO, des ions et cellules de la circulation sanguine au cerveau. La perméabilité est de l'ordre de 10^-6, 10^-7 m/s/
Son rôle principal est d'assurer l'homéostasie du tissu cérébral.
Cette barrière est perméable grâce à des systèmes de transports spécifiques la rendant sélective en empêchant l'entrée de composés toxiques et en assurant l'approvisionnement en nutriments.
Caractéristiques physiologiques :
BHE est présente dans toutes les régions du cerveau excepté au niveau des organes circumventriculaires et sa surface est de 21,6m2.
Elle représente donc la structure de protection du SNC.
La BHE est composée de différents éléments. L'élément anatomique constituant la base de la BHE est le capillaire cérébral, majoritairement composée de cellules endothéliales. Son organisation tant au niveau cellulaire que moléculaire permet un contrôle de l'environnement neuronal et donc l'homéostasie cérébrale.
Structure et organisation :
BHE formée en majeure partie par les cellules endothéliales des capillaires cérébraux, reliées entre elles par des jonctions. Les jonctions serrées notamment font de la BHE une barrière physique empêchant le passage des substances hydrosolubles.
Les cellules endothéliales reposent sur une lame basale dans laquelle on retrouve des péricytes, et sur laquelle viennent se projeter des pieds astrocytaires ainsi que des terminaisons neuronales.
L'ensemble de ces cellules forme l'unité neurovasculaire.
Cellules endothéliales :
Forme la paroi du vaisseau sanguin
Les artères et veines de grand diamètre peuvent être constituées de 10aines de cellules endothéliales tandis que les capillaires les plus petits sont formés d'une cellule endothéliale unique, repliée sur elle-même.
Elles se différencient des autres cellules endothéliales de l'organisme par différentes caractéristiques participant aux composantes physiques, fonctionnelles et métabolique de la BHE qui leur permettent de réguler les mvts d'ions, de MO et de cellules entre le sang et le cerveau.
La composante physique repose sur des cellules plus aplaties et fines que les autres cellules endothéliales ainsi que l'absence de fenestrations; la composante fonctionnelle comprend l'expression de jonctions et une activité métabolique.
Péricytes :
Constituent les capillaires cérébraux.
Ils partagent une mb basale avec les cellules endothéliales et forment des contacts directs focaux avec l'endothélium via des N-cadhérines et des connexines.
Du faut de leur association étroites avec les cellules endothéliales, ils assurent plusieurs fonctions :
Echange d'ions, de métabolites, de seconds messagers et d'ARN avec les cellules endothéliales.
Maintien de l'intégrité de la BHE avec un rôle dans l'angiogenèse et la stabilité microvasculaire.
Régulation du diamètre des capillaires et ainsi du flux sanguin cérébral via leurs capacités contractiles et la présence de récepteurs pour les agents vasoactifs à leur surface.
Elimination de métabolites toxiques via leur capacité de phagocytose et leur rôle dans la régulation de l'infiltration de cellules immunes.
Pertes des péricytes corrélé à la réduction des jonctions serrés, cela engendre le relâchement de la barrière.
Astrocytes :
Rôle dans neuroinflammation
Ils sont impliqués dans un grand nombre de tâches physiologiques incluant la compartimentalisation du parenchyme cérébral.
Le maintien de l'homéostasie ionique et liquidienne de l'espace extra-cellulaire via les aquaporines 4.
La régulation du pH.
La captations des neurotransmetteurs et leur traitement.
La médiation de signal des neurones vers les vaisseaux.
Les astrocytes jouent un rôle dans le maintien des fonctions de la BHE et dans le contrôle du flux sanguin cérébral. Les pieds astrocytaires constituent une liaison cellulaire entre les compartiments vasculaires et neuroglial dans l'UNV.
Ce couplage permet de relayer les signaux qui régulent le flux sanguin en réponse à l'activité neuronale. Ils présentent une hétérogénéité polaire avec un nbr accru de transporteurs d'anions organiques au niveau du contact avec les cellules endothéliales.
Les astrocytes vont émettre des médiateurs qui vont jouer sur la résistance des cellules ce qui va vraiment rendre le paracellulaire efficace.
Neurones :
Ne sont pas des constituants propres de la BHE mais sont présents dans l'environnement et interagissent avec les composants de la barrière.
Un bon fonctionnement des neurones dépend en partie de la BHE via le maintien d'un environnement stable.
La régulation des MO, des ions, et des neurotransmetteurs par la BHE est essentielle pour garder un équilibre chimique et assurer la survie des neurones.
Mais les neurones jouent aussi un rôle dans la régulation de la BHE.
Les neurones sont en contact avec les vaisseaux et peuvent ainsi réguler leurs fonctions.
La libération d'ez ou de neuromédiateurs tels que l'Ac vont induire une vasodilatation ou vasoconstriction des micro-vaisseaux cérébraux.
Les pieds astrocytaires et les cellules endothéliales sont en contact avec les axones et les dendrites des neurones, ceci permet de lier le système neuronal avec le système vasculaire cérébral : les neurones semblent participer au maintien du réseau vasculaire.
Jonctions intercellulaires :
Jonctions serrées :
Sont présentes aux sites de fusion des mb plasmiques de 2 cellules endothéliales adjacentes.
Elles sont composées de claudines (la 1 et la 5 sont des composantes majeures des jonctions serrées, elles sont déficitaires dans les apnées du sommeil); de protéines cytoplasmiques accessoires incluant les zonula occludens.
Jonctions adhérentes :
Elles sont composées essentiellement de cadhérines et caténines pour former contacts adhésifs entre les cellules.
Les jonctions adhérentes s'assemblent par interactions entre les domaines extracellulaires des cadhérines à la surface des cellules adjacentes.
Les jonctions adhérentes interagissent aussi avec les jonctions serrées et influencent leur assemblage.
Une barrière physiologique régulant le transport :
finement régulé et peut se faire par diffusion passive dans les 2 sens, via un transport actif médié par une protéine de transport ou par un récepteur pour ce qui est de l'entrée dans le parenchyme cérébral ou par un efflux actif pour ce qui est du sens contraire.
Transport paracellulaire :
MO hydrophiles + MO lipophiles
Transport médié par des protéines de transport :
Il est assuré par plus de 300 protéines liées à la mb qui facilitent la captation d'une grande variété de substrats incluant le glucose, les AA, les AG, les hormones, les nucléotides, les vitamines.
La distribution préférentielle de ces transporteurs sur la mb luminale ou abluminale ou les 2 conférent à la BHE son caractère polarisé.
Transport médié par récepteur :
MO de grandes tailles : peptides neuroactifs, protéines régulatrices, hormones, facteurs de croissance.
Utilisent le système de transcytose pour traverser la BHE et pénétrer le parenchyme cérébral.
Il existe 2 types de système de transport par transcytose : la transcytose médiée par récepteur et la transcytose médiée par absorption.
Barrière métabolique :
Plusieurs protéines nommées ATP-binding cassette sont exprimées au niveau de la mb luminale, faisant face à la circulation sanguine de la BHE.
Ce sont des pompes à efflux sous la dépendance de l'ATP, prenant en charge des MO exogènes ou endogènes, qui limitent la perméabilité de la BHE à de multiples toxines mais aussi des agents thérapeutiques, parfois responsables de pharmacorésistance.
Les principales pompes à efflux sont la P-glycoprotéines (P-gp), les protéines associées à une résistance multi-drogues (MRP) et la protéine de résistance au cancer du sein (BCRP).
6 fonctions physiologiques :
Maintien de l'homéostasie ionique et des nutriments
Pompe à sodium abluminale : haute concentration de sodium, basse de potassium
Perméabilité passive : pour les nutriments hydrophiles ou les métabolites nécessaires pour le tissu nerveux.
Régulation des niveaux de neurotransmetteurs : séparer les pools de NT cérébraux et plasmatiques.
Limitation du passage des macroMO plasmatiques : comme l'albumine, le prothrombine ou le plasminogène.
Protection contre les neurotoxines : endogènes comme exogènes
Physiopathologie et BHE :
Altération du cycle du sommeil :
3 stades :
stade 1 : sommeil léger
stade 2 : sommeil lent léger
stade 3 : sommeil profond
Déficit sommeil profond : engendre un déséquilibre hormonal; conduit à une accumulation de protéines et déchets toxiques dans le cerveau.
Stade 3 le plus réparateur et essentielle à la plasticité synaptique.
Permet réguler libération certaines hormones et bon fonctionnement du système glymphatique responsable de l'élimination des déchets métaboliques du cerveau.
Rythme circadien : étroitement lié avec la BHE.
Un mauvais cycle pourrait augmenter la perméabilité de la barrière et augmenter le risque de dvltp de maladies neurodégénératives et neuro-inflammatoires par le passage anormal de substance toxiques de la circulation sanguine vers le cerveau.
Inflammation et le stress oxydatif :
Pharmacorésistance de la BHE :
4 méthodes pour contourner la BHE :
Techniques invasives
Approches pharmacologiques (réductions des ponts hydrogènes; inhibition des ez protéolytiques et/ou des transporteurs d'efflux qui réduisent la délivrance à travers la BHE. Mécanisme de compétition avec les ABC)
L'utilisation des modes de transport physiologiques
L'augmentation de la perméabilité de la BHE
Exemple du glioblastome :
Tumeur cérébrale agressive qui rejette de nombreux médicaments.
Stratégie initiale : encapsulation des médocs; temozolomide.
Nanotechnologies : nanoparticules, liposomes => jouent sur l'acidité de l'environnement tumoral.
Augmentation de la perméabilité de la BHE : utilisations des ultrasons focalisés pour ouvrir temporairement la BHE puis injection direte de nanoparticules après ouverture, puis la BHE se referme naturellement en 24H.
TTTfields : application de champs électriques de basse intensité au niveau cérébral, perturbation de la division cellulaire des cellules cancéreuses.
Agit par voie physique, complémentaire.