腦脊液主要是由脈絡(luò)叢分泌的，但其成分和血漿不腦脊液中蛋白質(zhì)的含量極微，葡萄糖含量也較血漿為少，但Na 和Mg2 的濃度較血漿中的高，K 、HCO3-和Ca2 的濃度則較血漿中的低。可見，血液和腦脊液之間物質(zhì)的轉(zhuǎn)運并不是被動的過程，而是主動轉(zhuǎn)運過程。另外，一些大分子物質(zhì)較難從血液進入腦脊液，仿佛在血液和腦脊液之間存在著某種特殊的屏障，故稱之為血-腦脊液屏障（blood-cerebrospinal fluid barrier）。這種屏障對不同物質(zhì)的通透性上不同的。例如O2、CO2等脂溶性物質(zhì)可很容易地通過屏障，但許多離子的通透性則較低。血-腦脊液屏障的基礎(chǔ)是無孔的毛細血管壁和脈絡(luò)叢細胞中運輸各種物質(zhì)的特殊載體系統(tǒng)。
血液和腦組織之間也存在著類似的屏障，可限制物質(zhì)在血液和腦組織之間的自由交換，稱為血-腦屏障。脂溶性物質(zhì)如O2、CO2、某些麻醉藥以及乙醇等，很容易通過血-腦屏障。對于不同的水溶性物質(zhì)來說，其通透性并不一定和分子的大小相關(guān)。例如葡萄糖和氨基酸的通透性較高，而甘露醇、蔗糖和許多離P嬀通透性則很低，甚至不能通透。這說明腦內(nèi)毛細血管處的物質(zhì)交換和身體其它部分的毛細血管處是不同的，也是一種主動的轉(zhuǎn)運過程。用電子顯微鏡觀察，腦內(nèi)大多數(shù)毛細血管表面都被星狀膠質(zhì)細胞伸出的突起（血管周足）所包圍。因此推測，毛細血管的血液和神經(jīng)元之間的物質(zhì)交換可能都要通過膠質(zhì)細胞作為中介。因此，毛細血管的內(nèi)皮、基膜和星狀膠質(zhì)細胞的血管周足等結(jié)構(gòu)可能是血-腦屏障的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。另外，毛細血管壁對各種物質(zhì)特殊的通透性也和這種屏障作用有重要的關(guān)系。
血-腦脊液屏障和血-腦屏障的存在，對于保護腦組織周圍穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境和防止血液中有害物質(zhì)侵入腦內(nèi)具有重要的生理意義。例如，腦脊液中K 的濃度較低，即使在實驗中使血漿K 濃度加倍，腦脊液中K 濃度仍能保持在正常水平。因此腦內(nèi)神經(jīng)元的興奮性不會因血漿中K 濃度的變化而發(fā)生明顯的變化。由于血-腦屏障的存在，循環(huán)血液中的乙酰膽堿、去甲腎上腺素、多巴胺、甘氨酸等物質(zhì)就不易進入腦，否則，血漿中這些物質(zhì)濃度的改變將會明顯地擾亂腦內(nèi)神經(jīng)元的政黨功能活動。
需要指出，腦的某些部分，如下丘腦第三腦室周圍和延髓后緣區(qū)等處的室周器官，血-腦屏障比較薄弱，毛細血管壁對許多物質(zhì)的通透性高于腦的其它部分。因此循環(huán)血液中的有些物質(zhì)，如血管緊張素Ⅱ和其它肽類物質(zhì)，可以在這些部位進入腦內(nèi)，作用于相應(yīng)的受體，引起各種效應(yīng)。另外，當(dāng)腦組織發(fā)生缺氧、損傷等情況以及在腦腫瘤部位，毛細血管壁的通透性增加，故平時不易透過血-腦屏障的物質(zhì)進入受損部位的腦組織。在臨床上可以用同位素標記的白蛋白注入體內(nèi)，這些蛋白質(zhì)進入正常腦組織的速度很慢，但較易進入腦腫瘤組織，因此可用這種方法勻來檢查腦瘤的部位。在用藥物治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病時，必須明確所用的藥物是否容易通過血-腦屏障。
在腦室系統(tǒng)，腦脊液和腦組織之間為室管所分隔；在腦的表面，腦脊液和腦組織之間為軟腦膜所分隔。室管膜和軟腦膜的通透性很高，腦脊液中的物質(zhì)很容易通過室管膜或軟腦膜進入腦組織。因此，在臨床上可將不易通過血-腦屏障的藥物直接注入腦脊液，使之能較快地進入腦組織。