Barrière hémato-encéphalique - Définition

Barrière sang-liquide cérébro-spinal

Outre la barrière hémato-encéphalique, il existe une deuxième barrière entre la circulation sanguine et le système nerveux central : la barrière sang-LCS. Cette barrière est formée par les cellules épithéliales et les jonctions serrées des plexus choroïdes. La barrière sang-LCS a aussi une part de l'homéostasie du cerveau. Elle l'approvisionne en vitamines, en nucléotides et en glucose. La contribution au transport de matières vers le cerveau est en fin de compte assez faible, et totalement inusffisante pour couvrir les besoins du cerveau en aliments et oxygène. La surface d'échange que forment les capillaires intracérébraux de la barrière hémato-encéphalique représente 5 000 fois celle des plexus choroïdes.

Outre ces deux barrières, si importantes pour le système nerveux central, on trouve dans le corps d'autres barrières ultrasélectives analogues, qui contrôlent l'échange de matières avec le sang. Parmi d'autres, ce sont :

• La barrière système nerveux central-liquide cérébrospinal assurée principalement par les épendymocytes et autres cellules des plexus choroïdes. Les astrocytes assurent la communication entre les deux barrières par différents types de pieds.
• la barrière sang-placenta
• la barrière entre le sang et les tubes séminifères assurée par des jonctions serrées entre cellules de Sertoli
• la barrière entre sang et urine, assurée par à la fois par une limitation en taille des molécules pouvant traverser, et par une charge électrique négative des membranes, repoussant les protéines du sang ;
• la barrière entre sang et thymus, destinée à protéger les lymphocytes-T de tout contact avec des antigènes pendant leur maturation. Elle est effectuée par une succession de cinq couches différentes de cellules dans la paroi des capillaire
• la barrière des poumons : sang et air ne sont séparés que par deux couches de cellules, l'endothélium des capillaires et l'épithélium des Poumon#Alvéoles, partageant la même .

Anatomie de la barrière hémato-encéphalique

La barrière hémato-encéphalique. Dans le sens des aiguilles d'une montre, agrandissements successifs : cerveau, capillaire, barrière, endothélium

L'élément essentiel de la barrière hémato-encéphalique est constitué par les cellules endothéliales avec leurs . Mais deux autres types de cellules sont également importants, tant du point de vue de la fonction que celui de la naissance et de la croissance de la barrière hémato-encéphalique : les péricytes et les astrocytes. Les interactions entre cellules endothéliales, péricytes et astrocytes sont plus étroites qu'entre tous autres types de cellules. Ces trois types de cellules forment ensemble la barrière hémato-encéphalique de la plupart des vertébrés, la barrière hémato-encéphalique cellulaire. Il existe dans le règne animal d'autres types de barrière hémato-encéphalique, qui sont abordés dans l'article détaillé.

Endothélium

Les capillaires sont tapissés – comme les vaisseaux périphériques – de cellules endothéliales. Dans le cerveau, celles-ci ont une structure particulièrement étanche. le nombre des mitochondries est environ de 5 à 10 fois plus élevé que dans les capillaires périphériques, en raison de l'énergie nécessitée pour exercer un transport actif des nutriments nécessaires à travers les cellules. Les cellules endothéliales présentent sur leurs membranes une quantité d'aquaporines, canaux spécialisés pour le passage de l’eau, pour la régulation de la quantité d'eau au sein du cerveau.

L'étanchéité de la barrière peut être quantifiée par sa résistance électrique. Chez un rat adulte, la résistance monte à environ 2 000 Ω⋅cm². Dans les capillaires musculaires, elle n'est que d'environ 30 Ω⋅cm².

Jonctions serrées

De haut en bas : le sang, l'endothélium avec les jonctions serrées, puis jonctions adhérentes et cerveau. Abstraction est faite des péricytes et astrocytes.

Les cellules endothéliales sont liées ensemble par de solides liaisons, appelées jonctions serrées, qui rendent imperméable l'espace entre cellules. Plusieurs types de protéines membranaires les ceinturent afin d'assurer l'étanchéité.

Lame basale

Les cellules épithéliales sont entourées par une couche protéique, la lame basale épaisse de 40 à 50 nm, donc visible seulement au microscope électronique.

Péricytes

Les péricytes sont de petites cellules ovales, qui couvrent en tout 20% de la surface externe des capillaires, solidement amarrées aux cellules endothéliales. Elles jouent trois rôles principaux :

• Un rôle moteur permis par leur haut contenu en actine, et qui module la section du capillaire en fonction des besoins.
• Un rôle de macrophage, qui leur permet d'intervenir en seconde ligne de défense contre les agressions venant de la circulation sanguine.
• Un rôle de régulateur des divisions cellulaires et de la différenciation cellulaire des cellules endothéliales. Ils jouent notamment un rôle important lors de la formation de nouveaux vaisseaux (angiogenèse).

Astrocytes

Un astrocyte (vert) dans une culture de cellules

Les astrocytes sont des cellules en étoile, significativement plus grandes que les péricytes. Ils couvrent les capillaires du cerveau à 99% avec leurs pieds enchevêtrés en rosettes. L'interaction immédiate (20 nm) entre cellules endothéliales et astrocytes induit dans les deux sens les spécificités anatomiques.

Leurs fonctions principales sont :

• une modulation rapide de la perméabilité des cellules endothéliales,
• l'alimentation des neurones,
• la régulation du milieu extracellulaire,
• pour la myéline des gaines des axones neuronaux, la synthèse du cholestérol qui ne peut pas traverser la barrière hémato-encéphalique

Domaines du cerveau sans barrière hémato-encéphalique

Tous les capillaires du cerveau ne font pas partie de la barrière hémato-encéphalique : les parties du cerveau qui sécrètent des hormones et celles qui ont une fonction sensorielle sur la composition du sang doivent rester en communication avec la circulation sanguine.

On dénombre six organes circumventriculaires partiellement démunis de barrière hémato-encéphalique. Ces régions sont entourées de tanycytes, analogues aux épendymocytes qui séparent le cerveau du liquide cérébro-spinal remplissant l'épendyme, mais avec des très étanches.

Autres informations

On consultera avec profit l'article détaillé pour des informations sur :

• Les données générales et statistiques sur la barrière hémato-encéphalique
• Les phases du développement de la barrière chez le fœtus et le nouveau-né
• Des perspectives sur l'évolution de la barrière chez les vertébrés supérieurs, et les paradoxes qu'elle présente.