文摘
大脑控制身体的活动,包括食物消化、饮酒、睡眠周期、温度、血压等等。这些功能是必不可少的在体内平衡,保持身体的平衡和稳定状态。控制体内平衡,大脑与身体的帮助下化学信使称为激素。激素通过血液从大脑和身体。然而,为了保护脆弱的大脑细胞免受不必要的入侵,大脑的血管是紧密密封,防止大多数分子的通道。那么,大脑绕过这些障碍与身体沟通?答案是,在大脑的某些部分,包含特殊血管还有空缺,允许通过激素。科学家们正在调查一些血管为什么以及如何打开窗户而其他人保持密封。
保持身体的平衡和稳定
外面的世界,我们生活在不断的变化。我们的身体也在改变后我们吃,喝,运动,或睡眠。然而,尽管这些连续的变化,身体能够保持内环境稳定。我们称这种能力体内平衡两个词的组合,这是一个希腊:”homeo”,意思是“相似,”和“瘀”意思是“稳定。“例如,人体的所有细胞功能最佳的温度在37°C。因此,身体保持这个温度。当外面很热,我们的身体出汗降温。当外面很冷,我们热身颤抖,产生热量。如果我们无法控制体温,细胞无法正常工作。这就是为什么所有的生命体,从单细胞细菌或酵母到大型动物,比如大象,必须保持体内平衡。
体内平衡是通过一个永无止境的“对话”,发生在大脑和身体的其他部位。大脑是身体的主要总部,收到信息的许多器官和组织。那么“决定”需要做什么以应对这些信息(图1)。如果打乱了体内平衡,大脑将命令发送到不同的身体部位将身体状况恢复正常。这个对话是化学的语言。特殊的分子称为激素作为使者,传递信息和指令之间来回的大脑和身体,以及不同身体部位之间。血液循环系统,是沟通的主要途径。这种复杂的pipe-like网络结构称为血管贯穿整个身体,包括大脑。激素和其他信号分子的通过血液和身体组织之间发生在非常小的船只毛细血管。
- 图1——大脑保持身体的健康。
- 不断对话大脑和身体的其他部位发生保持物理条件稳定和平衡状态被称为体内平衡。
例如,让我们看看我们吃饭后会发生什么。之后我们吃,增加血液中的葡萄糖。胰腺器官称为感官的高水平的血糖和激素消息发送到大脑。你可能听说过这种激素;它被称为胰岛素。收到来自胰腺的消息后,大脑指导肝脏吸收过多的糖从血液里。最终的结果是,血糖水平恢复正常。同时,肠道向大脑发送其他激素宣布,肚子里已经满了。大脑反应通过发送一种激素,提供一个“停止进食的信号。
内稳态的下丘脑:大脑的中心
到目前为止,我们已经描述了人体的大脑如何收集信息并决定哪些命令发送为了维持体内平衡。大脑的特定区域的这一活动被称为下丘脑下,意思是“内室”在希腊(图2)。下丘脑控制着人体许多重要的功能,如睡眠、血压、温度、饥饿、口渴、和能源消耗和存储。就像一台计算机微处理器、下丘脑运行一个算法计算遵循一套规则的信息。然后,下丘脑作出决定是否将命令发送到身体。这种类型的计算发生在大脑细胞神经元。下丘脑中的神经元可以接收反馈从人体内部和外部环境。他们还可以生产各种激素。
- 图2 -下丘脑神经元和垂体毛细血管之间的集合点。
- 在右边,下丘脑是绿色和垂体蓝色突出显示。在左边,你可以看到命令从下丘脑沿着脑下垂体的神经元。然后垂体释放命令的形式激素到血液中,通过有孔的毛细血管。
从我们的日常生活作为一个例子,当我们不喝足够的水在炎热的一天,身体向大脑发送消息,反过来,释放一种叫做后叶加压素进入血液。后叶加压素指示肾脏浸泡水进入血液。这可以防止我们从小便和保护水的进一步损失。同时,荷尔蒙从大脑让我们感到口渴,这样我们多喝,补充水源。
大脑和血液之间的窗户
如前所述,血液就像一个邮差,收集和传递化学信息和从大脑。然而,有一个主要障碍在邮递员的路径。大脑的血管特别保障密封紧密,叫做血脑屏障(BBB)。构建血管壁的细胞紧密连接,类似于水泥砖块粘合在一起,所以几乎没有什么可以通过(图3,底部)。这一障碍的主要目的是保护大脑免受感染。BBB放松时由于疾病或损伤,细菌可能进入大脑,引起严重损伤,甚至死亡。
- 图3 - BBB BBB还是不?
- 有两种类型的大脑的毛细血管。在上面,你可以看到有窗的毛细血管缺乏BBB(窗口)。毛细血管壁的完全开放的窗口允许通过分子(绿色)和从血液里。在底部,您可以看到一个紧密密封BBB毛细管,限制进入分子保持脑细胞的安全。 v
保护大脑是非常重要的,但如果大脑的血管坚决加盖BBB,下丘脑与身体如何保持体内平衡?答案是,有独特的大脑区域,缺乏BBB,相反,有特殊的漏水的毛细血管。漏水的区域之一,是一个器官称为垂体,位于大脑底部的[1)(图2)。在显微镜下观察垂体的毛细血管具有极高的放大显示,他们有非常小的开口小窗(2),拉丁语的窗口(图3,最高)。这些小窗户都小于一万倍的头发链!小窗允许快速通道的分子,如激素、大脑和血液循环。因此,命令生成在下丘脑垂体和旅行满足有窗的血管(图2)。在那里,命令释放到血液的器官。
一个窘境:BBB BBB与否?
血管的大脑区域包含有窗的科学家已经知道了好一阵子。然而,目前还不清楚如何在这些地区仍然漏水的血管。大脑的血管面临着一个两难困境:使膜孔,使通信与身体感染的风险,或由隔离保护大脑免受有害的入侵者。我们有时称之为困境”BBB BBB与否?“著名的引用后威廉·莎士比亚的戏剧《哈姆雷特》:“生存还是毁灭,这是个问题”(图3)。
我们最近调查了独特的有孔的容器的神经元位于下丘脑与垂体(取得联系图2)。我们发现血管从邻近的细胞在这一地区获得线索垂体细胞,告诉他们形成膜孔(3,4]。垂体细胞已经知道多年来帮助命令从下丘脑神经元释放到血液中。我们确定了两种类型的垂体细胞产生的信号分子,使这部分的大脑中的血管渗漏。一种类型告诉血管形成膜孔,从而保持漏水的,而其他类型块BBB的形成。当这些信号分子被封锁,垂体停止生产的血管膜孔,而是开始形成BBB。这意味着垂体细胞确保窗户都打开使用两种形式的控制。这有点像穿带和吊裤带来保存你的牛仔裤。这种双重控制保证了自由通行的激素到血液中。
为什么这个很重要?
有窗的血管作为重要的网关,使大脑和血液之间的沟通。然而,血管与膜孔也发现在其他重要器官,如胰脏、肝脏和肾脏。在这些器官,它也必须与血液循环交换分子。然而,我们仍然知之甚少小窗是如何形成的。揭示的秘密window-making可能是非常有用的。例如,BBB保护大脑免受感染,也可以防止通过药物进入大脑。这使得医生很难治疗脑部疾病。如果我们找到一个方法来创建小窗在高度封闭的大脑的血管,它可能会BBB的药物来治疗疾病,如癫痫、帕金森氏症、孤独症。
术语表
体内平衡:↑一个有机体维持内环境稳定的过程而调整到最适合其生存的条件。
激素:↑分子由腺体和大脑,作为化学信使。激素是由血液运输的器官在身体,调节身体的功能。
毛细:↑最小的类型的血管,它提供营养和氧气到身体的所有细胞。
神经元:↑神经系统的基本单位,也称为神经细胞。神经元可以处理和传输信息到其他神经细胞和其他细胞类型,如肌肉细胞。
血脑屏障:↑大脑血管内的物理屏障阻止物质进入大脑,让大脑的环境安全、稳定。
小窗:↑小开口毛细管壁,允许通过分子和从血液里。有窗的毛细血管被发现在器官快速血液和组织之间的信息交换是必需的(胰腺、小肠、某些大脑区域,等等)。
垂体细胞:↑脑下垂体的特殊细胞,帮助从神经元到血液中激素的释放。垂体细胞最近被证明有助于保持垂体血管渗漏。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
我们感谢Genia Brodsky在插图和凯伦Katzav宝贵的帮助准备。我们感谢Nitzan康斯坦丁的英语编辑。
引用
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