Krvno–moždana barijera (BBB) ili krvno-moždana prepreka ili krvno-moždana zapreka je visoko selektivna polupropusna granica endotelskih ćelija koja sprečava rastvore iz cirkulirajuće krvi da pređu u vanćelijsku tečnost centralnog nervnog sistema sa neuronima. Krvno-moždana barijera formirana je od endotelnih ćelija kapilarnog zida, astrocitnih krajnjih stopala koja štite kapilar, a periciti su ugrađeni u kapilarnu baznu membranu. Ovaj sistem omogućava prolazak nekih molekula pasivnom difuzijom, kao i selektivni transport različitih hranjivih sastojaka, iona, organskih aniona i makromolekula, kao što su glukoza, voda i aminokiseline, neophodne su za uravnoteženu nervnu funkciju.
Ova posebna razgraničenja krvi (intravaskularno) iz ekstravaskularnog prostora u mozgu i leđnoj moždini razvijena su kod svih kopnenih kičmenjaka (Tetrapoda) i omogućava živčanom tkivu da održi stabilne okolinske uslove (homeostaza). U suštini, ova prepreka se formira od endotelnih ćelija, koje su ovdje usko povezane u kapilarne krvne žile preko čvrstih spojeva.
Krvno-moždana barijera štiti mozak od patogena, toksina i glasničkih tvari koje cirkuliraju u krvi. To je visokoselektivan filter kroz koji se isporučuju hranjive tvari potrebne mozgu, a uklanjaju se nastali metabolički proizvodi. Snabdijevanje i odlaganje zagarantovani su nizom posebnih transportnih procesa.
S druge strane, ova zaštitna funkcija mozga otežava liječenje lijekovima za veliki broj neuroloških bolesti, jer mnoge aktivne tvari ne mogu da prelaze krvno-moždanu barijeru. Prelaz kroz krvno-moždanu barijeru je aktuelna tema istraživanja u svijetu nauke. Vrlo mali broj izuzetno rijetkih bolesti je izravno povezanih s krvno-moždanom barijerom, dok sama može uticati na znatno veći broj rasprostranjenih bolesti.
Prve eksperimente koji su ukazivali na postojanje ove barijere izveo je Paul Ehrlich 1885. Međutim, pogrešno je protumačio rezultate testa. Konačni dokaz krvno-moždane barijere uradio je 1967. elektronsko-mikroskopskim pregledima.
thumb|250px| Slika tankog presjeka kroztelencefalon]] 11-dnevnog mišjeg embrija ood elektronskim mikroskopom. U gornjoj polovini slike je bijeli lumen kapilarne žile. Endotelne ćelije međusobno su povezane uskim spojnicama (tamniji "kanali"). Ispod su Adhereni čvorovi. Širina slike odgovara oko 4,2 µm.]]
250px|thumb|Shematski prikaz nervnog tkiva: 1 – epedimis , 2 – neuron, 3 – akson, 4 – oligodendrocit, 5 – astrocit, 6 – mijelin, 7 – mikroglija, 8 – kapilarni krvni sud 250px|thumb| Mreža kapilara opskrbljuje ćelije mozga hranjivim sastojcima.
Funkcije U ljudi, mozak čini oko 2% tjelesne mase. Međutim, udio potreba za hranjivim tvarima je oko 20%. Za razliku od drugih tjelesnih organa, mozak ima izuzetno ograničene rezerve hranjivih sastojaka ili kisika . Živčane ćelije također nisu u stanju da anaerobno ispune svoje energetske potrebe , tj. bez elementarnog kisika. Prekid u opskrbi mozga krvlju dovodi do nesvijesti nakon deset sekundi, a nervne ćelije umiru samo nekoliko minuta kasnije. Ovisno o aktivnosti određenog područja mozga, njegove energetske potrebe i rezerve mogu biti vrlo različite. Kako bi se mogla prilagoditi ponuda ovisno o potrebama, ova područja automatski reguliraju opskrbu krvlju.
Složene funkcije mozga vezane su za visoko osjetljive elektrohemijske i biohemijske procese koji se mogu odvijati u velikoj mjeri samo bez smetnji u konstantnom unutrašnjem okruženju, homeostazi. Naprimjer, fluktuacije vrijednosti pH krvi ne smiju se prenijeti na mozak. Fluktuacije koncentracije kalija izmijenit će membranski potencijal nervnih ćelija. Neurotransmiteri koji kruže krvnim sudovima ne smiju ući u centralni nervni sistem jer bi značajno poremetili protok informacija u tamošnjim sinapsama . Osim toga, neuroni nisu sposobni za regeneraciju u slučaju oštećenja uzrokovanih fluktuacijom okoline. Konačno, mozak kao centralno upravljajući organ mora biti zaštićen i od djelovanja egzogenih supstanci, poput ksenobiotika i patogena . Opsežna nepropusnost krvno-moždane barijere za patogene, antitijela i krvne leukocite, čini je i imunskom barijerom.W. Risau et al.: Immune function of the blood-brain barrier: in complete presentation of protein (auto-)antigens by rat brain microvascular endothelium in vitro. In: Journal of Cell Biology 110, 1990, S. 1757–1766. PMID 1692329.B. Bauer: In vitro Zellkulturmodelle der Blut-Hirn-Schranke zur Untersuchung der Permeation und P-Glykoprotein-Interaktion von Arzneistoffen. Dissertation, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 2002.S. Ohtsuki: New aspects of the blood-brain barrier transporters; its physiological roles in the central nervous system. In: Biol Pharm Bull. 27, 2004, S. 1489–1496. PMID 15467183 (Review). S druge strane, velike potrebe mozga za energijom – u usporedbi s drugim organima – proizvode natprosječne količine produkata metaboličke razgradnje. koje je potrebno ukloniti, ponovo preko krvno-moždane barijere. Da bi se osigurale sve ove funkcije (napajanje, odlaganje i homeostaza), cerebralni sistem krvnih sudova kod kičmenjaka pokazuje niz strukturnih i funkcionalnih razlika u odnosu na sistem perifernih krvnih sudova. Ova diferencijacija uzrokuje da se mozak u velikoj mjeri odvoji od okolnog vanćelijskog prostora i od suštinske je važnosti za zaštitu osjetljivog neuronskog tkiva i za održavanje konstantnog unutarnjeg okruženja.
Promjene u funkciji krvno-moždane barijere uzrokuju promjene u stanju centralnog nervnog sistema, što zauzvrat može dovesti do disfunkcije ili bolesti u CNS-u. Prema tome, niz neuroloških bolesti direktno je ili indirektno povezano s krvno-moždanom barijerom.
Anatomija 250px|thumb|Krvno-moždana barijera, od mozga do uskih međućelijskih veza thumb|250px| Poređenje perifernih i moždanih kapilara thumb|250px|Shema strukture krvnih sudova u mozgu od pia arterije preko arteriola do kapilara. Esencijalni element krvno-moždane barijere su endotelne ćelije sa svojim uskim spojevima. Ipak, dvije druge vrste ćelija, periciti i astrociti , od velikog su značaja za funkciju, strukturu i razvoj krvno-moždane barijere . Interakcije ćelija-ćelija između endotelnih ćelija, pericita i astrocita su bliže nego u bilo kojoj drugoj ćeliji. Ove tri vrste ćelija zajedno formiraju krvno-moždanu barijeru kod većine kičmenjaka, endotelnu krvno-moždanu barijeru . Sljedeće anatomske informacije odnose se na endotelnu krvno-moždanu barijeru kičmenjaka. Glijina krvno-moždana barijera razvijena kod nekih kičmenjaka i mnogih beskičmenjaka navedena je odvojeno na kraju ovog poglavlja.
Endotel thumb|250px|Presjek perifernog krvnog suda pod elektronskim mikroskopom. Promjer kapilara je 7 do 8 µm. U sredini je crni eritrocit. Kao i u perifernim krvnim sudovima, kapilare stvaraju endotelne ćelije. Endotel perifernih kapilara ima otvore (fenestracije) promjera oko 50 nm i međućelijske praznine širine 0,1 do 1 µm, za razmjenu vode i tvari koje su u njemu otopljene ili suspendirane između krvi i vanćelijske tekućine okolnog tkiva. Suprotno tome, u mozgu nema fenestracija i unutarćelijskih praznina između endotelnih ćelijaJ. C. Lee: Evolution in the concept of the blood-brain barrier phenomen. In: Progress in neuropathology. Band 1. Verlag Grune und Stratton, 1971, ISBN 0-88167-188-6, S. 84–145. Membrana suda okrenuta ka unutrašnjosti kapila znatno se razlikuje od apikalne strane koja je okrenuta prema intersticiju s obzirom na vrstu membranskih proteina.M. Pavelka, J. Roth: Funktionelle Ultrastruktur. Verlag Springer, ISBN 3-211-83563-6, S. 234–235. Broj pinocitotskih vezikula koji omogućavaju endocitozu otopljenih supstanci vrlo je mali u endotelu mozga.
mini|250px| Poređenje proizvoda propusnosti površine kapilarnih sudova različitih organa. Propusnost kapilara za pet različitih modelnih supstanci različitih veličina (polulogaritamska skala). Suprotno tome, broj mitohondrija je oko 5 do 10 puta veći nego u perifernim kapilarama. To je pokazatelj velike energetske potrebe endotela – između ostalog i za aktivne transportne procese – i velike metaboličke aktivnosti . Barijera između krvi i mozga nije samo fizička, već i metabolička ili enzimska barijera.<ref name="nobmann">S. Nobmann: [http://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/volltexte/2001/1660/pdf/Dissertation.pdf Isolierte Gehirn-Kapillaren als in vitro-Modell der Blut-Hirn Schranke; Dissertation, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, 2001.]</ref>R. S. el-Bacha, A. Minn: Drug metabolizing enzymes in cerebrovascular endothelial cells afford a metabolic protection to the brain. In: Cell Mol Biol 45, 1999, S. 15–23. PMID 10099836 (Review).M. Chat et al.: Drug metabolizing enzyme activities and superoxide formation in primary and immortalized rat brain endothelial cells. In: Life Sci] 62, 1998, S. 151–163. PMID 9488113.A. Minn et al.: Drug metabolizing enzymes in the brain and cerebral microvessels. In: Brain Res Brain Res Rev 116, 1991, S. 65–82. PMID 1907518 (Review).Y. Takahura et al.: Blood-brain barrier: transport studies in isolated brain capillaries and in cultured brain endothelial cells. In: Adv Pharmacol 22, 1991, S. 137–165. PMID 1958501 (Review). U ćelijskoj membrani endotela nalazi se veći broj enzima u znatno većem broju nego, naprimjer, u ćelijama parenhima . Tu spadaju γ-glutamiltransferaza, alkalna fosfataza i glukoza-6-fosfataza. U metabolizmu enzima kao što su katehol-O-metiltransferaza , monoamin-oksidaza ili citohrom P450 također su aktivni u endoteu u relativno visokim koncentracijama.S. Meresse et al.: Bovine brain endothelial cells expres tight junctions and monoamine oxidase activity in long-term culture. In: J Neurochem 53, 1989, S. 1363–1371. PMID 2571674.R. Perrin et al.: Distribution of cytochrom P450 activities towards alkoxyresorufin derivates in rat brain regions, subcellular fractions and isolated cerebral microvessels. In: Biochem Pharmacol 40, 1990, S. 2145–2151. PMID 2242042.R. Bendayan et al.: Functional expression and localization of P-glycoprotein at the blood brain barrier. In: Microsc Res Tech 57, 2002, S. 365–380. PMID 12112443 (Review).Y. Su, P. J. Sinko: Drug delivery across the blood-brain barrier: why is it difficult? how to measure and improve it? In: Expert Opin Drug Deliv 3, 2006, S. 419–435. PMID 16640501 (Review). Na ovaj se način mnoge tvari metaboliziraju prije ili za vrijeme njihova unutarćelijskog transporta. Endotelne ćelije su ekstremno tanke, svega 0,3 do 0,5 um. U odnosu, enterocite, u epitelnim ćelijama crijeva, znatno je deblja i iznosi 17-30 μm. Kao i u drugim endotelnim ćelijama, omjer holesterola u fosfolipidima iznosi 0,7. Čisti difuzijski procesi kroz sćelijsku membranu su stoga jednako brzi kroz krvno-moždanu barijeru kao i kod ostalih endotelnih ćelija. Endotelne ćelije imaju veliki broj akvaporina na ćelijskoj membrani, za reguliranje vodene ravnoteže mozga . Ovi kanali omogućavaju molekulama vode da difundiraju slobodno i prema mozgu i prema krvi.B. Nico et al.: Role of aquaporin-4 water channel in the development and integrity of the blood-brain barrier. In: J Cell Sci 114, 2001, S. 1297–1307. PMID 11256996. Nedostatak fenestracija i pinocitotskih vezikula predstavljaju pasivnu barijeru krvno-moždane barijere. Ovaj barijerski efekat može se fizički kvantificirati njenim električnim otporom . Otpor kod zdravih odraslih pigmentiranih pacova iznosi oko 1500 do 2000 Ω cm². Suprotno tome, vrijednost za kapilare u mišićnom tkivu je oko 30 Ω cm².A. M. Butt et al.: Electrical resistance across the blood-brain barrier in anaesthetized rats: a developmental study. In: J Physiol 429, 1990, S. 47–62. PMID 2277354. Aktivni transportni sistemi endotela, koji će biti detaljnije opisani kasnije, formiraju aktivnu barijeru krvno-moždane barijere.
Čvrste međućelijske veze left|mini|250px|Shema membranskih proteina u uskim vezama mini|Shema uskih međućelijskih veza: A – lumen B – apikalna strana C – bazalna strana a – sluzi b – apikalna strana c – bazolateralna površina d – čvrsta veza f – paraćelijski prostor g – ćelijska membrana