Приведем еще один пример. Речь идет о состоянии гематоэнцефалического барьера при длительном лишении сна. Многочисленные теории сна, начиная с древнейших времен, основаны в значительной своей части на явлениях, которые отличают состояние сна от состояния бодрствования. Проблема сна широко разрабатывается во всех странах мира, ей посвящена огромная литература, и мы коснемся только одной, хотя и не самой важной стороны вопроса. В свое время Л. С. Штерн высказала предположение, что гематоэнцефалический барьер играет существенную роль в механизмах, регулирующих смену сна и бодрствования.
Если существует определенная зависимость между составом цереброспинальной жидкости и деятельностью головного мозга, если состав этой жидкости зависит от состояния гематоэнцефалического барьера, то не связан ли переход от бодрствования ко сну от ритмических, обусловленных сотнями миллионов лет эволюционного развития изменений проницаемости гематоэнцефалического барьера?
Изменяются ли при бессоннице и во время сна физико-химические и биологические свойства цереброспинальной жидкости? Пропускает ли гематоэнцефалический барьер в нее различные вещества, способные вызвать сон или продлить бодрствование?
В течение многих месяцев в институте физиологии Академии наук СССР изучалось состояние гематоэнцефалического барьера при длительной бессоннице, при прерывистом (фракционном) сне, во время глубокого сна, в период бодрствования и тотчас же после засыпания. Нескольким собакам не давали засыпать в течение двух недель. Через каждые три-четыре дня у них исследовалось состояние гематоэнцефалического барьера, изучался состав крови и цереброспинальной жидкости. И во всех случаях было обнаружено резкое изменение состава цереброспинальной жидкости. Содержание сахара, азота, симпато- и парасимпатомиметических веществ было иное, чем в норме. Уменьшалось, как правило, содержание калия, неуклонно нарастал уровень кальция. Коэффициент калий/кальций снижался с 2,0 до 1,0 и даже до 0,8.
Еще более резко изменялась защитная функция барьера. Во время длительной бессонницы барьер переставал охранять мозг, он становился проницаемым для многих токсических веществ, которым в условиях физиологической нормы путь в центральную нервную систему был закрыт.
Но достаточно было нескольких часов сна — и все эти явления бесследно исчезали. Гематоэнцефалический барьер восстанавливал свою функцию, состав цереброспинальной жидкости возвращался к норме, соотношение калий/кальций снова повышалось до 2,0.
Когда опыт на собаках был закончен, четыре сотрудника института физиологии выразили желание поставить аналогичное исследование на себе. Трое суток они не спали, мужественно преодолевая потребность в сне. Это была трудная борьба, но они ее выдержали. У них тоже исследовался состав цереброспинальной жидкости до лишения сна и по окончании эксперимента. Оказалось, что изменения гематоэнцефалического барьера у человека ничем не отличаются от изменений его у собаки.
Конечно, вряд ли смена сна и бодрствования обусловлена состоянием гематоэнцефалического барьера, но не исключено, что его проницаемость в какой-то мере принимает участие в этом процессе.
Подобных примеров, иллюстрирующих зависимость между составом цереброспинальной жидкости и состоянием центральной нервной системы, можно привести немало.
Как часто наши настроения, самочувствие, бодрость зависят от состава цереброспинальной жидкости, химизма различных участков головного мозга, чувствительности хеморецепторов, их питания, снабжения кислородом, поступления питательных веществ, т. е. в значительной степени от состояния гематоэнцефалического барьера. И в то же время как часто мы не понимаем причины нашей ничем не оправданной депрессии или ничем необъяснимого возбуждения. Быть может под влиянием внешних воздействий или сдвигов во внутренней среде изменилась проницаемость барьера и мозг отравляется проникшими в него метаболитами или продуктами собственного обмена веществ, которые почему-либо не выводятся своевременно из цереброспинальной жидкости в кровь, как это имеет место у всех здоровых людей. Состав, физико-химические и биологические свойства цереброспинальной жидкости далеко не безразличны для соприкасающихся с нею элементов центральной нервной системы. Как непосредственно, так и рефлекторно через многочисленные хеморецепторы, заложенные в оболочках и сосудах мозга, в поверхностных слоях его вещества цереброспинальная жидкость оказывает мощное влияние на состояние и реактивность нервных центров. Биохимические и физиологические процессы в центральной нервной системе зависят во многом от колебаний и сдвигов (даже самых незначительных) в омывающей ее жидкости. Если даже цереброспинальная жидкость и не является аналогом межклеточной жидкости других органов, все же она отражает и в очень значительной степени определяет состояние и деятельность мозга.
Почти в течение целого столетия, начиная с наблюдений Эрлиха, перед исследователями стоял и стоит вопрос о механизмах перехода веществ из крови в центральную нервную систему. До сих пор остается загадкой, почему одни вещества легко проникают в головной и спинной мозг, в то время как другие, подчас близкие к ним по химическому строению и биологическим свойствам, задерживаются, встречая на пути трудно преодолимую преграду. Высказывалось предположение, что здесь действует некий закон целесообразности, что существуют физиологически адекватные вещества, без которых нервные клетки не могут обойтись, и поэтому для них барьер проницаем и существуют физиологически неадекватные вещества, задерживаемые «у входа» в центральную нервную систему.
Все попытки составить рациональную классификацию проникающих и непроникающих в мозг из крови органических и неорганических соединений неизбежно кончались неудачей. Можно перечислить десятки совершенно необходимых нервным центрам веществ, путь которым через гематоэнцефалический барьер закрыт, и столько же балластных и даже вредных, легко проникающих в мозг. Чем обусловлена эта избирательная проницаемость, какие законы ею управляют? Что это, случайность или закономерность?
На эти вопросы в настоящее время нет точного ответа. Можно предполагать, можно строить теории, подтверждающиеся в одних случаях и не оправдывающие себя в других, можно и гадать, но исчерпывающий, экспериментально проверенный, всеми признанный ответ до сих пор отсутствует. Если еще можно понять, почему гематоэнцефалический барьер задерживает такие чужеродные вещества, как витальные краски — трипановый синий или нейтральный красный, препараты мышьяка или висмута, то трудно объяснить, какие механизмы задерживают антитела, антибиотики или с большим трудом пропускают из крови в мозг глюкозу, аминокислоты, некоторые метаболиты, гормоны, электролиты.
Огромный экспериментальный материал, накопленный за годы изучения гематоэнцефалического барьера, содержит еще много неясного, спорного, нерасшифрованного. Ни одна теория, будь то мембранная, липидная, коллоидно-химическая, ультрафильтрационная, абсорбционная и т. д. и т. д., не в состоянии полностью раскрыть законы, регулирующие переход различных веществ из крови в цереброспинальную жидкость или вещество мозга. Одни исследователи утверждают, что на распределение введенных в ток крови веществ влияет особое сродство (аффинитет) к ним некоторых тканей и клеток. Высказывалось соображение, что в принципе все вещества могут проникнуть в центральную нервную систему, но быстро в ней разрушаются и поэтому не обнаруживаются. Впрочем, эта теория просуществовала недолго. Составлялись схемы и таблицы, основанные на законах физики и химии, изучив которые можно было с большей или меньшей уверенностью предсказать, поступит ли данное вещество в мозг. Однако выяснилось, что ни физическими, ни химическими, ни морфологическими концепциями механизмы, регулирующие состояние гематоэнцефалического барьера, не решаются.
Как и положено, наиболее решительными оказались морфологи. Они пришли к выводу, что между строением гематоэнцефалического барьера и структурой других гистогематических барьеров имеются различия и при тщательном электронно-микроскопическом исследовании они без труда обнаруживаются. Оказалось, что эндотелиальные клетки мозговых капилляров не имеют ни пор, ни окошечек. Отдельные клетки накладываются друг на друга подобно черепицам и места стыковок прикрыты особыми замыкательными пластинками. Строение самих эндотелиальных клеток также отличается некоторыми особенностями. В них очень мало микропиноцитарных пузырьков. Под эндотелиальными клетками лежит прочная трехслойная базальная мембрана со слоем гликокаликса, а число перицитов меньше, чем в капиллярах других органов. Таким образом, стенка мозгового капилляра представляет «добротную» линию обороны. С физико-химических позиций она является полупроницаемой мембраной, к которой в той или иной степени приложимы законы равновесия Доннана, пассивного или активного транспорта.
