Kan-beyin bariyeri, suda çözünen maddelerin kandan merkezî sinir sistemine -yani beyne- geçişini kısıtlayan bir engelleme sistemidir. Bu ifade, 1902 yılında Alman mikrobiyolog P. Ehrlich tarafından ortaya atılmıştır. Ehrlich, Tripan mavisi isimli bir boya maddesini toplardamarlar yoluyla (intravenöz yolla) hayvanlara enjekte ettiğinde, hayvanların beyni hâriç diğer organlarının boyandığını tespit eder. Bunun üzerine kandan beyne geçişi engelleyen bir yapının olduğunu düşünür ve bu yapıyı kan-beyin bariyeri olarak isimlendirir.
Kan-beyin bariyerinin teşekkülünde vazifeli başlıca biyolojik yapılar şöyle sıralanabilir:
1. Kılcal damarların iç yüzeyini döşeyen endotel hücreleri,
2. Damar çeperinin dış tabakasında bulunan perisit hücreleri,
3. Beynin gri maddesi içinde bulunan yıldız şekilli astrosit hücreleri,
4. Beyin damarlarının iç yüzeyindeki epitel hücrelerinin tabanını döşeyerek onları alttaki bağ dokudan ayıran ve ayrıca sinir hücrelerinin etrafını kaplayan bazal membran,
5. Beynin ve omuriliğin etrafını çevreleyen beyin-omurilik sıvısının üretildiği koroid pleksus,
6. Beyni çevreleyen üç tabakalı zarın içteki iki tabakasın teşkil eden pia-araknoid zarlar.
Kan-beyin bariyeri oldukça mükemmel yaratılmıştır; öyle ki, zararlı maddelerden korunmasına vesile olduğu beynin vazifelerini hiçbir şekilde aksatmamaktadır. Bu engelleme sistemi sayesinde, beyne ihtiyaç duyulan gıda maddeleri geçerken, kanda dolaşan zararlı madde ve toksinler geçemez. Kol ve bacak gibi merkezden uzak organlardaki en uçtaki kılcal damarlar, yakınlarındaki hücrelere birçok maddenin geçişine izin verecek hususiyet arz ederken, beyin hücrelerine madde geçişi, kan-beyin bariyerinin hususi yapısı sayesinde, sıkı şekilde kontrol edilir. Bu engelleme işi hem fizikî, hem de metabolik faktörlerle yerine getirilir. Felçte, beyin zarlarına bakteri ve virüs bulaşmasıyla ortaya çıkan menenjit, Alzheimer, Multipl Skleroz gibi merkezî sinir sistemi bozukluklarında, kan-beyin bariyeri hasarının belli derecelerde rolü olduğu düşünülmüştür. Bu hasarın sıkı bağlantı yapılarında kopmalarla olduğu tahmin edilmektedir. Beynin çok sınırlı bazı merkezî alanlarında (circumventriküler organlar) kan-beyin bariyeri bulunmaz. Bir eksiklik gibi görünen bu durum, neticeleri düşünüldüğünde büyük bir rahmettir. Beynin sözkonusu bölgelerinde yer alan bazı hususi kısımlardan salınan hormon ve enzimler, bariyer olmaması sebebiyle hızlı bir şekilde kana karışabilir. Bu kısımlarda bariyer bulunsaydı, bu hormonların geçişinde bazı problemler yaşanabilirdi.
Kan-beyin bariyeri vazifesine uygun şekilde, karmaşık hücre yapısına sahip olarak inşa edilmiştir. Kan-beyin bariyeri sayesinde, beyin hücrelerine madde geçişi hem fizikî olarak sıkı bağlantılarla, hem demetabolik olarak enzimlerle sıkı bir kontrole tâbi tutulur. Bu mükemmel bariyer sayesinde zararlı maddelerin beyne yayılmasının önüne geçilir yahut bu geçiş belli sınırlarda tutulur.
Beyin ve omurilikten oluşan merkezî sinir sisteminin kılcal damarlarına vücuda yayılan kılcallardan farklı olarak bazı karakteristik hususiyetler bahşedilmiştir. Bunlardan biri de beyin kılcallarının içini döşeyen hücrelerin (endotel) aralarında sıkı bağlantı bölgelerinin bulunması ve bu kılcalların devamlı bir zara (bazal membran) sahip olmasıdır. Burada enteresan olarak, bu biyolojik yapılardaki hususi düzenleme ile kan-beyin bariyerindeki endotel hücreleri arasında yüksek bir elektrik direnci oluşur ve diğer dokularda 3-33 W/cm2 olan direnç, kan-beyin bariyerinde 1500-2000 W/cm2’ye çıkar. Tesadüflerin veya akılsız-şuursuz sebeplerin elektrik bariyeri gibi mükemmel bir sistemi kurması mümkün olabilir mi? Böyle elektrikli bir alan vesilesiyle sıvı ve iyonların hücre içine ve dışına taşınmasında bariyer oluşur ve geçirgenlik düşer. Ayrıca bu bariyerde, diğer vücut kılcallarında olduğu gibi; molekül ağırlığı 10.000’in altındaki maddelerin geçişine izin veren delikler ve yarıklar yoktur.
Fizyolojinin en temel kavramı olan homeostazi, vücudun iç şartlarının her saniye kontrol altında tutularak mümkün olduğunca dinamik bir denge içinde muhafaza edilmesidir. Beyin hücrelerinin dengesini korumak için de kan-beyin bariyeri çok önemlidir. Bu sayede beyni kandaki değişmelerden koruma, ihtiyaç olan maddelerin seçilerek geçirilmesi, kan ve beyindeki maddelerin metabolizmasının sağlıklı yürütülmesi ile sinir hücreleri için en uygun ortamı temin eder. Ayrıca kan-beyin bariyerinde meydana gelebilecek hasar ve bunun neticesi olarak geçirgenliğinin artması beyin ödemi gelişmesine sebep olur.
Bazı mühim maddelerin kan-beyin bariyerinden geçişi ve beyne girişleri birçok faktöre bağlıdır. Maddenin molekül ağırlığı, molekülün üç boyutlu yapısının değişim kabiliyeti, hücrenin enzimatik sabitliği, hücre kaynaklı salgılanma, akıma karşı ilgi, hidrojen bağlayıcı potansiyeller, taşıyıcılara karşı ilgi ve mevcut patolojik durumların tesiri bunlardan akla ilk gelenlerdir. Daha az tesirli faktörler ise, sistemdeki enzimlerin ölçülü ve tam olması, kan plâzmasındaki taşıyıcı proteinlerin bağlama fonksiyonunu yerine getirebilmesi ve beyindeki kan akımıdır.
Taşıma sistemleri, umumiyetle kan-beyin bariyerinin içe bakan yüzünde bulunurken, beyinden kana geçişe izin veren sistemler, bariyerin dışa bakan yüzünde bulunur. Kan-beyin bariyerinden gerekli maddelerin taşınması basit difüzyonla, kolaylaştırılmış geçişle, enerji harcanarak aktif taşımayla veya keseler (veziküler) vasıtasıyla olur. Maddelerin taşınmasında; yağda çözünürlüğü, geçiş kabiliyeti, molekül ağırlığı ve elektrik yükü önemlidir. Ayrıca kan-beyin bariyeri, tedavi maksatlı ilâçların beyne geçişinde hızı sınırlayan bir faktördür.
Bu bariyer, beynin normal fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için oldukça mühimdir. Sözkonusu sistem herhangi bir sebeple bozulursa, sinir hücresi iltihabı (nöronal inflamasyon) başlar ki, bu da beyin hücrelerinin zarar görmesine sebep olur. Yenilenme özelliği olmayan beyin hücrelerinin çok iyi korunması gerekmektedir. İşte, kan-beyin bariyeri bu vazifeyi yerine getirir. Beynin ihtiyacı olan glikoz ve oksijen hiçbir engele takılmadan hücrelerin imdadına yetiştirilirken, kan-beyin bariyerini kolaylıkla geçer.metabolizma neticesi ortaya çıkan karbondioksit bu bariyere takılmadan hemen uzaklaştırılır. Bizim hiç farkında olmadığımız bu muhteşem sistem olmasaydı, beynimiz atamadığı karbondioksitten dolayı şişer veya şeker eksikliğinden ölürdü.
Kaynaklar
– Bickel U: How to measure drug transport across the blood-brain barrier. NeuroRx 2:15-26, 2005.
– Pardridge WM: The blood-brain barrier and neurotherapeutics. NeuroRx 2:1-2, 2005.
– Bauer B, Hartz AM, Fricker G, Miller D: Modulation of p-glycoprotein transport function at the blood-brain barrier. Exp Biol Med 230:118-27, 2005.
– Pollay M: Blood barrier in: Youmans JR, Neurological Surgery. WB Saunders Company; 652-660, 1990.
– Engelhardt B. Development of the blood-brain barrier. Cell Tissue Res. 2003; 314:119-129.
– Huber JD, Egleton RD, Davis TP. Molecular physiologyand pathophysiology of tight junctions in the blood-brain barrier. Trends Neurosci. 2001; 24:719-725
Doç.Dr.Mustafa Çelik