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血脑屏障是指血液与脑细胞以及血液与脑脊液之间的屏障，它主要由中枢神经系统毛细血管内皮细胞间紧密连接、基底膜和包绕毛细血管壁的星形胶质细胞足突构成。 血脑屏障能防止毒素及其他有害物质进入脑内损害神经细胞，同时又能保证输送脑代谢所需物质的进入和代谢产物的排出，使内环境相对稳定，以维持神经细胞的正常功能。
血脑屏障只能允许脂溶性强的药物进入脑组织，比如丙泊酚、七氟烷等全身麻醉药；而水溶性强的药物很难通过血脑屏障进入大脑发挥药理作用，比如青霉素等抗生素。为了促进药物进入大脑发挥治疗效应，可以将药物加以结构改造，使之脂溶性增强，从而更容易进入脑组织。例如，巴比妥是一种中枢神经麻醉药，但其亲脂性弱，故进入脑组织很慢，如改造成苯巴比妥，由于具有较强的亲脂性，则能更容易通过血脑屏障进入脑组织，快速发挥其催眠麻醉效应。因此，“脂溶性”是药物跨过血脑屏障进入中枢神经系统的通行证。
然而病理情况下血脑屏障通透性可以增加，细菌毒素和外源化学物可以进入脑组织产生不良作用。 胎儿和婴幼儿血脑屏障发育不完全，因此要特别注意用药安全。