ГЭБ частично регулируется клетками звездчатой формы – астроцитами. Астроциты – это один из нескольких видов глиальных клеток (или нейроглии), которые поддерживают, защищают и восстанавливают суперзвезды нервной системы – нейроны. Помимо других функций, астроциты окружают капилляры мозга. Как и в остальном организме, эти сосуды снабжают ткани кислородом и питательными веществами, унося с собой отходы жизнедеятельности и углекислый газ. Однако в мозге астроциты ограничивают это движение туда-сюда, пропуская в нервную ткань из крошечных сосудов лишь немногие вещества (например, кислород, глюкозу и спирт). Что касается того, как это работает: у астроцитов есть отростки, конечные периваскулярные ножки, они плотно окружают капилляры, создавая барьер, покрывающий их стенки. Обычно это хорошо, так как они предотвращают выход из кровеносной системы вредных веществ и бактерий, способных нанести ущерб нежным нервным тканям мозга.
К сожалению, гематоэнцефалический барьер мешает и полезным веществам, например антибиотикам, покинуть кровь и попасть в мозг, что объясняет, почему любая инфекция мозга может угрожать жизни.
«Существенное препятствие для лечения нейродегенеративных заболеваний в настоящее время – неспособность большинства лекарств преодолеть гематоэнцефалический барьер»13, – пишет Келли Макнэгни, профессор кафедры медицинской генетики Университета Британской Колумбии.
Кроме астроцитов существуют и другие элементы гемато-энцефалического барьера. Например, «плотные контакты» – «швы» между соседними клетками внутренней оболочки кровеносных сосудов. Если эти швы ослабнут, последствия могут быть разрушительными. Исследования показали вероятную связь между бактерией, ассоциированной с заболеванием пародонта, и развитием болезни Альцгеймера14. Некоторые ученые полагают, что Porphyromonas gingivalis обходит ГЭБ и вторгается в мозговую ткань, возможно проскальзывая через щели в плотных контактах или пробираясь автостопом внутри белых кровяных телец, роль которых требует, чтобы они выходили из кровеносной системы. Эксперименты на мышах показали, что, оказавшись внутри мозга, P. gingivalis выделяют токсичные вещества гингипаины, которые нарушают функционирование основных белков, повреждая нейроны и усугубляя проявления болезни Альцгеймера. Эта инфекция также вызывает накопление двух характерных белков, амилоида и тау-белка, которые исторически считались признаками заболевания, хотя сейчас растет подозрение, что эти липкие агрегаты, или бляшки, – на самом деле проявления защитных механизмов против P. gingivalis, а не причина болезни Альцгеймера сами по себе15. Это исследование потенциально может стать переломным, поскольку болезнь Альцгеймера – шестая среди ведущих причин смерти в США, она убивает больше людей, чем рак молочной железы и рак простаты вместе взятые
[27].
Тетродотоксин – одно из веществ, способных проникнуть через гематоэнцефалический барьер, и люди, поедающие яйца мечехвоста, должны знать, что появление этого вещества в икре непредсказуемо. Считается, что мечехвосты заглатывают определенные бактерии, которые производят нейротоксин, потребляя загрязненных моллюсков или разложившуюся материю. Симптомы отравления тетродотоксином обычно начинаются с легкого онемения губ и языка – не уникальные ощущения при употреблении острой тайской пищи. Покалывание и онемение лица может стать для посетителей ресторана первым звоночком, показывающим, что что-то пошло ужасно не так. Настоящее веселье начинается быстро: головная боль, понос, боль в животе и рвота. По мере того как тетродотоксин распространяется по телу, становится трудно ходить, поскольку химическое вещество начинает блокировать нервные импульсы, вызывающие сокращения произвольных мышц конечностей. Тетродотоксин также может прерывать распространение электрических сигналов по миокарду, толстому слою сердечной мышцы. Как мы разберем позже, эта электрическая система, ответственная за координированное сокращение и расслабление сердца, – и есть само сердцебиение.
В конце концов примерно 7 % павших жертвой отравления тетродотоксином умирают, судя по историям болезни, в полном сознании и, скорее всего, прекрасно понимая, что съесть роллы «Калифорния» недельной давности или даже палочки для еды было бы лучшей идеей, чем съесть икру мечехвоста или рыбу фугу, ставшие их последней пищей
[28] 16.
Но кроме перспективы стать едой или оказаться переработанными на удобрения или наживку мечехвосты сталкиваются еще с одной уникальной угрозой своему выживанию.
Американский мечехвост Limulus polyphemus и три его индотихоокеанских родственника, хоть и называются в английском языке крабами
[29], на самом деле вовсе не крабы. Однако, как и настоящие крабы, они – членистоногие, представители чрезвычайно разнообразного типа животных, который включает насекомых, пауков и ракообразных с одной общей чертой – сочлененными экзоскелетами. И – что критически важно для мечехвоста – у них у всех открытая система кровообращения. Она значительно отличается от замкнутых систем кровообращения, обнаруженных у синих китов, людей и примерно 50 тысяч других видов млекопитающих, рыб, амфибий, рептилий и птиц. Как мы вскоре увидим, некоторые беспозвоночные, например дождевые черви, осьминоги и кальмары также имеют замкнутые системы кровообращения, хотя они сильно отличаются от тех, которые встречаются у существ, отягощенных позвоночником.
В замкнутых системах кровообращения кровь покидает сердце через крупные артерии, которые разветвляются на ряд все более мелких артерий и еще более мелких артериол. Артериолы проходят через органы и мышечную ткань и тоже разделяются на еще более мелкие сосуды, капилляры. Эти крошечные трубки составляют примерно 80 % общей длины кровеносной системы, и именно в плотных сетях под названием капиллярные русла происходит обмен веществ между кровью и телом. Как уже упоминалось ранее, кислород из легких или жабр и питательные вещества, поглощенные пищеварительной системой, проходят через тонкие стенки капилляров и попадают в окружающие ткани. Одновременно продукты обмена веществ, такие как углекислый газ и аммиак, диффундируют в кровь и переносятся обратно к сердцу сначала крошечными венулами, а затем все более крупными венами.
