Физиология микроциркуляторного русла

Министерство здравоохранения Украины

Харьковский государственный медицинский университет

кафедра нормальной физиологии

заведующий кафедрой доктор медицинских наук,

профессор В.Г. Самохвалов

Т Е З И С Ы

лекции для студентов 2 курса педиатрического

факультета

на тему:

«Физиология микроциркуляторного русла».

Доцент кафедры

нормальной физиологии,

кандидат мед.

наук Пандикидис Н.И.

Харьков 2007

Термин «микроциркуляция» был впервые применен в 1954г. на первой конференции по физиологии и патологии микроциркуляции (США, Гальвестон).

Методы исследования – электронная микроскопия

• люминесцентная микроскопия (А.М. Чернух, 1968, 1975) В.В. Куприянов (1969,1975);

• применение радиоактивных изотопов.

Начало изучения микроциркуляции относится к 1861г., когда М. Мальничи первым увидел и описал в легком живой лягушки тончайшие микрососуды, получившие позднее название капилляров.

1. Звено микроциркуляторного русла:

- гемомикрососуды: артериолы, венулы, пре-, посткапилляры, истинные капилляры, артериоловенулярные анастомозы.

2. Звено микроциркуляторного русла: тканевая и интерстициальная жидкость.

3. Звено: лимфоносные пути микроскопического уровня.

Анатомически эти системы разобщены, но функционально составляют систему.

Микроциркуляторное русло является функциональной системой, задачей которого является обеспечение жизнедеятельности органов в соответствии с их физиологическим состоянием.

I звено микроциркуляторного русла:

• микрогемососуды.

Микроциркуляторное русло крови – это отдел сосудистого русла, который расположен между мелкими артериями и мелкими венами. Каждый микрососуд играет определенную роль в кровообращении, но деятельность каждого отдельно сосуда подчинена общей задаче – поддержанию гомеостаза.

Основные компоненты гемомикроциркуляторного русла:

1. терминальная артериола – приносящий сосуд;

2. прекапиллярная артериола (прекапилляр);

3. капилляр;

4. посткапиллярная венула;

5. венула (емкостный сосуд);

6. артериола-венулярные анастомозы – пути сброса крови из артериального в венозное русло. Особенно много в коже акральных участков (пальцев рук, ног, носа, мочки уха).

В терморегуляции началом микроциркуляторного русла являются артериальные сосуды, для которых характерны распределительные функции. Это резистивные сосуды, поддерживающие периферический тонус. Для артерий характерно трехслойное строение:

• наружная соединительно-тканная оболочка (адвентициальная);

• средняя – мышечная оболочка;

• внутренняя эндотелиальная оболочка.

Благодаря сокращению мышечной оболочки поддерживается тонус и создается периферическое сопротивление кровотоку.

Терминальные артериолы делятся на более мелкие сосуды прекапиллярные артериолы – метартериолы. В стенке метартериол соединительно-тканные элементы отсутствуют: их стенка состоит из 2-х слоев клеток: мышечных и эндотелиальных.

В местах отхождения капилляров от метартериол гладкомышечные волокна располагаются циркуляторно, образуя прекапиллярные сфинктеры. От сокращения прекапиллярных сфинктеров зависит объем крови, которая протекает через обменные сосуды.

Схема микроциркуляторного русла.

Из артериального звена микроциркуляторного русла кровь попадает в капилляры.

Основная функция капилляров – обменная. Они обеспечивают процесс двустороннего обмена вещества и жидкости между кровью и тканями и поэтому являются основной структурно-функциональной единицей. Капилляры не ветвятся, они разделяются на новые капилляры и соединяются между собой, образуя сеть.

Станка капилляра состоит из одного слоя эндотелиальных клеток, окруженной базальной мембраной из коллагена и мукополисахаридов. В стенке капилляров нет соединительной ткани и гладких мышц. В зависимости от ультраструктуры стенки выделяют 3 типа капилляров. Диаметр, длина, и количество капилляров могут быть различными, что и определяет их органоспецифичность. Длина окружности 1мм (750мкм). Диаметр капилляров составляет 3-10мкм. Это наименьший просвет, через который ещё могут «протискиваться» эритроциты. Более крупные лейкоциты могут на некоторое время «застревать» в капиллярах и блокировать кровоток. В дальнейшем, однако, лейкоциты всё же выходят из капилляра либо в результате повышения КД, либо за счет медленной миграции вдоль стенок капилляра до попадания в более крупные сосуды.

Капилляры могут образовывать прямой кратчайший путь между артериолами и венулами (от артериолы к венулам через основной канал), либо формировать капиллярные сети из истинных капилляров. «Истинные» капилляры чаще всего отходят под прямым углом от метартериол или т.н. «основных каналов». В области отхождения капилляра от метартериол гладкомышечные волокна образуют прекапиллярные сфинктеры. От сокращения прекапиллярных сфинктеров зависит, какая часть крови будет проходить через истинные капилляры.

Общее число капилляров огромно. Для точного подсчета числа капилляров особенно подходят мышцы, т.к. в них идут между мышечными волокнами, параллельно им. Поэтому на поперечном срезе мышцы сравнительно легко подсчитать количество капилляров на единицу площади. Обычно не все капилляры открыты и заполнены кровью. В покоящейся мышце 100 капилляров/мм² , а в работающей 3000капилляров/мм² (морская свинка).

У обычного карандаша поперечное сечение стержня составляет около 3мм². Вообразите себе примерно 10000 тонких трубочек, идущих параллельно друг другу внутри этого стержня.

Капилляры:

Тип 1 – соматический тип – в коже, скелетной и гладкой мускулатуре, коре больших полушарий, жировой соединительной ткани, в микроциркуляторном русле легких. Малопроницаемы для крупномолекулярных веществ, легко пропускает воду и растворенные в ней минеральные вещества.

Тип 2 – висцеральный – имеет «окошки» (фенестры) – характерны для органов, которые секретируют и всасывают большие количества воды и растворенных в ней веществ или участвуют в быстром транспорте макромолекул (почки, пищеварительный тракт, эндокринные железы).

Тип 3 – синусоидный – эндотелиальная стенка базальная мембрана прерывается – пропускают макромолекулы и форменные элементы. Местом локализации таких капилляров является костный мозг, селезенка, печень.

Тип 2.

Капилляры с фенестрированным эндотелием.

Это капилляры почечных клубочков и кишечника – внутренней и наружной мембраны эндотелиальных клеток прилежат друг к другу, и в этих местах образуются поры. Такие капилляры пропускают почти все вещества, за исключением крупных белковых молекул и эритроцитов. Именно так устроен эндотелиальный барьер почек, через осуществляется ультрафильтрация. В тоже время базальная мембрана фенестрированного эндотелия в норме сплошная, и она может представлять собой существенное препятствие для переноса веществ.

В одной и той же капиллярной сети межклеточные щели могут быть различными и в посткапиллярных венулах они обычно шире, чем в артериальных капиллярах. Это имеет определенное физиологическое значение. КД, служащее движущей силой для фильтрации жидкости через стенки, снижается в направлении от артериального к венозному концу сети капилляров.

При воспалении или действии гистамина, брадикина, простогландина, ширина межклеточных щелей в области венозного конца сети капилляров увеличивается и проницаемость их значительно возрастает.

Если в капиллярах давление повышается (в результате повышения АД и или венозного давление), это приводит к увеличению фильтрации жидкости в интерстициальное пространство. В норме АД сохраняется достаточно постоянным и поэтому объем тканевой жидкости меняется мало.

В целом общий выход жидкости из капилляров в их артериальных условиях больше, чем её суммарное поступление в капилляры в венозных участках. Однако накопление жидкости в тканях не происходит, поскольку она поступает в лимфатическую систему – дополнительную дренажную систему с низким давлением.

Т.о. в капиллярном русле происходит кругооборот жидкости, при котором она сначала перемещается из артериальных концов капилляров в интерстициальное пространство, а затем возвращается в кровоток через венозные концы или через лимфатическую систему.

Средняя скорость фильтрации во всех капиллярах организма составляет около 14мл/мин, или 20л/сутки. Скорость реабсорбции равна примерно 12,5мл/мин, т.е. 18л/сутки. По лимфатическим сосудам оттекает 2л/сутки.

Число капилляров.

Общее число капилляров в организме человека равно примерно 40млрд. Учитывая поперечное сечение капилляров можно рассчитать общею эфферентную обменную поверхность – 1000м².

Плотность капилляров в различных органах существенно варьируется.

Так, на 1мм³ ткани миокарда, головного мозга печени, и почек приходится 2500-3000 капилляров, в «фазных» единицах скелетных мышц – 300-400/мм³, а в «тонических» единицах – 1000/мм³. Относительно малая плотность капилляров в костной и жировой ткани.

Существует ещё один показатель, характеризующий состояние капиллярного русла: это отношение числа функционирующих капилляров к нефункционирующим. В скелетной мышце в покое функционирующих – 20-30% капилляров, а при физической нагрузке – 60%. Нефункционирующие капилляры – это капилляры с низким местным гематокритом, т.н. плазматические капилляры – капилляры, по которым двигается только плазма без эритроцитов.

В большинстве тканей капиллярная сеть настолько развита, что между любым капилляром и самой удаленной от него клеткой располагается не более, чем 3-4 другие клетки. Это имеет большое значение для переноса газов и питательных веществ, шлаков, т.к. диффузия протекает крайне медленно.

Тип 1.

В капиллярах легких с малопроницаемой эндотелиальной стенкой (в легких) определенную роль в ускорении переноса различных веществ (в частности О2) могут играть пульсовые колебания давления. При повышении давления жидкость «выдавливается» в стенку капилляра, а при понижении – возвращается в кровяное русло. Такое пульсовое «промывание» стенок капилляров может способствовать перемешиванию веществ в эндотелиальном барьере и тем самым существенно увеличивать их перенос. На рисунке схематично изображены процессы, происходящие в капиллярах .

Видно, что в артериальном конце капилляра гидростатическое давление больше, чем онкотическое, и плазма фильтруется из крови в интерстициальное пространство. По ходу капилляров КД падает и в венозном конце (участок 2) становится меньше онкотического. В результате жидкость, наоборот диффундирует из интерстиции в кровь по градиенту онкотического давления.

Онкотическое давление обусловлено белками, которые не проходят через стенку капилляра.

Суммарный поток жидкости в капиллярах зависит:

• от разницы гидростатического и онкотического давления крови;

• от проницаемости капиллярной стенки (по направлению к венозному концу капилляра эта проницаемость выше).

В почечных капиллярах гидростатическое давление высокое и намного превосходит онкотическое. Поэтому в почечных капиллярах образуется ультрафильтрат. В большинстве других тканей ГДК=ОДК и поэтому суммарный перенос жидкости через стенку капилляров невелик.

Обмен в капиллярах.

Капилляры в организме выполняют обменную функцию – они осуществляют транскапиллярный обмен газов, питательных и пластических веществ, продуктов метаболизма и жидкости в организме.

Обменную функцию капилляры выполняют благодаря особому строению стенки и особенностей капиллярного кровотока.

Транскапиллярный обмен веществ осуществляется путем:

1. диффузии;

2. фильтрации – реабсорбции;

3. микропиноцитоза.

Диффузия – скорость диффузии настолько высока, что при прохождении крови через капилляры жидкость плазмы успевает 40 раз полностью обменяться с жидкостью межклеточного пространства. Т.о. две эти жидкости постоянно перемешиваются. Скорость диффузии через общую обменную поверхность организма составляет около 60л/ 85000л/ сутки.

1. Механизмы диффузии:

• Водорастворимые вещества типа Na+, Cl-, глюкозе диффундируют исключительно через заполненные водой поры. Проницаемость мембраны капилляров для этих веществ зависит от соотношения диаметров поры и размеров молекул.

• Жирорастворимые вещества (СО2, О2) диффундируют через эндотелиальные клетки. Поскольку диффузия этих веществ идет по всей поверхности мембраны капилляров, скорость их транспорта выше, чем водорастворимых веществ.

• Крупные молекулы не способны проникать через поры капилляров могут переноситься через стенку капилляров путем пиноцитоза. При этом мембрана клетки капилляров инвагинирует, образуя вакуоль, окружающую молекулу; затем на противоположной стороне клетки обратный процесс эмиоцитоз.

2. Фильтрация – реабсорбция.

Интенсивность фильтрации и реабсорбции в капиллярах определяется следующими параметрами:

• гидростатическое давление крови в капиллярах (Ргк);

• гидростатическое давление тканевой жидкости (Ргт);

• онкотическое давление белков и плазмы (Рок);

• онкотическое давление тканевой жидкости (Рот);

• коэффициент фильтрации.

Под действием жидкости, фильтрующейся за 1мин (V) можно вычислить следующим образом:

V = [( Ргк+Рот ) - ( Ргт+Рок )] · К

Если V положителен, то происходит фильтрация, а если отрицателен – реабсорбция.

Коэффициент фильтрации капилляров соответствует проницаемости капилярной стенки для изотонических растворов (в 1мл жидкости на !мм Hg на 100г ткани в 1мин при tº 37ºC).

Ргк в начале капилляра ~ 35-40мм Hg, а в конце 15-20мм Hg.

Ргт ~ 3мм Hg.

Рок = 25мм Hg.

Рот = 4,5мм Hg.

Следуя этим показателям можно вычислить фильтрационное и эффективное реабсорбционное давление: 9мм Hg и -6мм Hg.

Фильтрация возрастает:

• при общем увеличении кровяного давления;

• при расширении резистивных сосудов во время мышечной деятельности;

• при переходе в вертикальное положение;

• при увеличении объема крови вследствие вливания резистивных растворов;

• при повышении венозного давления (например, при сердечной недостаточности);

• при снижении онкотического давления и плазмы (гипопротеинемии);

Реабсорбция увеличивается:

• при снижении кровяного давления;

• сужении резистивных сосудов;

• кровопотере и т.д.;

• увеличении онкотического давления плазмы.

Выход жидкости (в капилляры/тканевую жидкость) зависит от проницаемости капилляров.

Строение лимфатической системы.

Лимфатическая система – это дополнительная дренажная система, по которой тканевая жидкость оттекает в правое русло.

Основные функции лимфатической системы:

1. дренажная;

2. всасывательная;

3. транспортно-элиминативная;

4. защитная;

5. фагоцитоз.

Лимфатическая система представляет собой древовидную систему сосудов. Начинается лимфатическая система широко ветвящимися лимфатическими капиллярами во всех тканях, кроме мозга, хрусталика, роговицы, стекловидного тела, плаценты (Филимонов), поверхностных слоев кожи, ЦНС и костной ткани (Шмидт, Тэвс). Эти капилляры в отличии от кровеносных замкнуты, имеют слепой конец. Лимфатические капилляры собираются в более крупные сосуды. Крупные лимфатические сосуды образуют лимфатические стволы и протоки, отводящие лимфу в венозную систему. Главные лимфатические сосуды, открывающиеся в вены, - это грудной и правый лимфатические протоки. Лимфатическую систему, т.о. можно рассматривать как часть сосудистой системы, но циркуляции лимфы как таковой нет, скорее можно сказать, что это дренажная система, которая возвращает в кровь избыток жидкости, просачивается из системных капилляров.

Кровь → интерстиции → лимфа → кровь.

Стенки лимфатических капилляров покрыты однослойным эпителием.

Основными путями попадания крупно- и жидкодисперсных частиц в просвет лимфатических капилляров являются:

1. места соединения эндотелия клеток;

2. пиноцитозные пузырьки;

3. цитоплазма эндотелиальных клеток.

Когда гидростатическое давление в тканях становится выше, чем в лимфатическом капилляре, проникающая в него жидкость растягивает межэндотелиальные соединения и открывает доступ крупным молекулам в лимфатический капилляр. Этому содействует повышение осмотического давления в интерстиции за счет накопления продуктов метаболизма.

Основной функцией метаболической системы является резорбция из интерстиции белков и других веществ, вышедших из кровеносного русла и неспособных вновь вернуться в кровоток через кровеносные капилляры, и транспортировка по лимфатической системе в венозную систему – регулирует экстраваскулярное обращение плазменных белков (общее количество белка, поступающее с лимфой в кровь – 100г количества в сутки).

Макромолекулы 3-50мкм проникают в просвет лимфатических капилляров через эндотелий клетки с помощью пиноцитозные пузырьков или везикул (белки, хиломикроны, жидкость ионы).

Лимфатические сосуды отличаются от кровеносных чередованием расширений и сужений, придающих им сходство им сходство с четками. В области сужений стенка лимфатического сосуда имеет клапаны. Клапаны обеспечивают однонаправленный ток лимфы (от периферии к центру). Часть лимфатического сосуда между двумя клапанами называется лимфангион или клапанный сегмент. В лимфангионе различают мышце содержащую часть или мышечную манжетку, и область прикрепления клапана, в которой мускулатура развита слабо или отсутствует. Мышечным элементам лимфатических сосудов свойственна автоматическая активность. Она может модулироваться модулирующими влияниями: нервным, гуморальным, механическим (растяжение) повышение t°.

В стенках более крупных лимфатических сосудов имеются гладкомышечные клетки и такие же клапаны как в венах.

По ходу лимфатических сосудов расположены лимфатические узлы. У человека их примерно 460.

Функции лимфатических узлов:

• гемопоэтическая;

• защитно-фильтрационная;

• обменная;

• резервуарная - при венозном застое лимфатические узлы увеличиваются на 40-50%;

• пропульсивная – содержат гладкомышечные элементы и могут сокращаться под воздействием нейрогуморальных и местных влияний.

Лимфатические узлы выполняют роль механического и биологического фильтра: задерживают поступление в кровь инородных частиц, бактерий, клеток злокачественных опухолей, токсинов, чужеродных белков.

Лимфатические узлы содержат фагоцитарные клетки, разрушающие чужеродные вещества. Они такие вырабатывают лимфоциты и плазматические клетки и синтезируют антитела.

Содержимое двух больших терминальных каналов – правого и левого грудных протоков – поступает, соответственно в правую и левую подключичные вены у их соединения с яремными венами.

Лимфаток осуществляется медленно. Его величина может существенно изменяться . У человека в грудном протоке – 0,4-1,3 мл/кг/мин. В среднем – 11 мл/ч.

Ток лимфы зависит:

от внесосудистых факторов:

• сокращения скелетной мышцы;

• перистальтики кишечника;

• дыхательных экскурсий грудной клетки;

• пульсаций рядом лежащих артерий;

от внутрисосудистых:

• vis a tergo;

• лимфообразования;

• сократительной активности стенок лимфатических сосудов.

Регуляция лимфатока.

Мышечная и адвентициальная оболочка лимфатических сосудов иннервируется вегетативными нервными волокнами, адренергическими и холенергическими. Интенсивность иннервации лимфатических сосудов в 2-2,5 раз слабее, чем артерий.

Грудной проток, брыжеечные лимфатические сосуды имеют двойную иннервацию – симпатическую и парасимпатическую; крупные лимфатические сосуды конечностей – иннервируются только симпатическим отделом в нервной системе.

Повышение автоматической активности мышечных элементов лимфатических сосудов происходит при активации ά – адренорецепторов мембраны миоцитов.

По мере укрупнения лимфатических сосудов в них увеличивается удельный вес базальной мембраны, гладкой мускулатуры, увеличивается количество эластических и коллагеновых волокон, уплотняются межэндотелиальные щели. Поэтому проницаемость лимфатических сосудов уменьшается от периферии к центру.

• Лимфацитопоэтическая функция лимфатической системы обеспечивается деятельностью лимфатических узлов. В ни осуществляется продукция лимфоцитов, которые поступают в лимфатические и кровеносные сосуды. До и после узлов содержание лимфоцитов различно: 200-300 лимфоцитов в/МКЛ в периферической лимфе 2000 лимфоцитов/МКЛ - в грудном протоке и других коллекторных лимфатических сосудов.

• В лимфатических узлах образуются плазматические клетки, вырабатывающие антитела.

• Находятся В- и Т-лимфоциты, ответственные за гуморальный и клеточный иммунитет.

• Барьерная функция: функция механического фильтра из ретикулярных волокон и ретикулярных клеток, находящиеся в просвете синусов. Функцию биологического фильтра - осуществляют клетки лимфоидной ткани лимфатических узлов.

Торможение ритма спонтанных сокращений лимфатической системы осуществляется:

• посредством выделения АТФ;

• активация β-адренорецепторов.

Адреналин – усиление тока лимфы.

Гистамин – внутривенное введение – усиливает ток лимфы, повышает проницаемость лимфатических сосудов.

Гепарин – действует на лимфатические сосуды аналогично гистамину.

Серотонин – вызывает сокращение грудных протоков (эффект превышает эффект гистамина).

Снижение содержания Са++ - в бескальциевой среде сокращение сосудов прекращается (или при блокаде Са++-каналов).

Гипоксия – снижает активность сократительных элементов лимфатических сосудов.

Наркоз – подавляет ритмическую сократительную активность лимфатических сосудов.

Величина лимфатока может быть различной. В среднем у человека в покое она составляет 11мл/час или 1/3000 сердечного выброса. Однако, хотя лимфоток и невелик, он очень важен для освобождения тканей от избыточной жидкости. Если лимфы образуется больше, чем оттекает, то жидкость задерживается в тканях, и возникает отёк. Отеки могут быть очень тяжелыми.

При тропическом заболевании филяриатозе личинки нематод, передаваемые человеку – москитами, проникают в лимфатическую систему и забивают лимфатические сосуды. В некоторых случаях при этом полностью прекращается лимфоток от пораженных участков тела, а они отекают. Затронутые конечности достигают огромных размеров, уплотняются и становятся похожими на ноги слона; отсюда название такого состояния – слоновая болезнь, или элефантиаз.

Краткая структурно-функциональная характеристика лимфатической части микроциркуляторного русла.

Поскольку лимфа почти бесцветна, разглядеть лимфатические сосуды нелегко. Поэтому, хотя лимфатическая система была впервые описана около 400лет назад, она далеко не столь хорошо изучена, как сердечно-сосудистая система.

Лимфатическая система представляет собой древовидную систему сосудов, мельчайшие ветви которой – лимфатические капилляры – слепо заканчивающиеся во всех тканях. В эти капилляры жидкость оттекает из интерстициального пространства.

Лимфатическую систему можно рассматривать как часть сосудистой системы, но циркуляции лимфы, как таковой нет; скорее можно сказать, что это дренажная система, которая возвращает в кровь избыток жидкости, просочившейся из капилляров системы.

Микроциркуляторное русло – является функциональной системой, задачей которой является обеспечение жизнедеятельности органов в соответствии с их физиологическим состоянием.

Средняя линейная скорость капиллярного кровотока у млекопитающих 0,5-1мм/сек. Т.о. время контакта каждого эритроцита со стенкой капилляра длиной 100мкм не превышает 0,15сек.

Кровяное давление зависит от сокращения. На протяжении капилляров давление продолжает падать. Например, в артериальном отделе капилляра кожи человека КД 30, а в венулярноем – 10мм рт. ст. В капиллярах ногтевого ложа человека – 37мм рт. ст. В клубочках почки величина КД – 70-90мм рт. ст. КД в венулярном отделе все более снижается: на каждые 3,5см длины сосуда на 11мм рт. ст.

Скорость кровотока зависит от реологических свойств крови. Реологические свойства крови характеризуют закономерности продвижения крови и её отдельных форменных элементов в микрососудах (деформация и текучесть форменных элементов и плазмы крови и их отношение со стенками микрососудов).

Обмен в капиллярах.

Станка капилляра представляет собой полупроницаемую мембрану (вода и небелковые растворенные вещества свободно проходят через. Белки удерживаются внутри капилляра и создают онкотическое давление. В плазме млекопитающих это давление составляет 25мм рт. ст.).

Когда гидростатическое давление (кровяное) внутри капилляра больше онкотического, жидкость профильтровывается через стенку капилляров наружу; когда же внутренне гидростатическое давление опускается ниже онкотического, жидкость засасывается внутрь, кровяное давление в капилляре бывает различным, но на артериальном конце оно обычно выше, а на венозном ниже онкотического давления. В следствии этого на артериальном конце капилляра жидкость профильтровывается наружу, а на венозном конце входит обратно. Такое представление впервые было выдвинуто Старлингом (1896).

Количество жидкости, выходящее через стенки капилляров и количество, входящее обратно, благодаря онкотическому давлению, сильно входного на 2-4 л, и избыточная жидкость остается в интерстициальных пространствах. Эта жидкость – лимфа – медленно переходит в тонкие лимфатические сосуды – капилляры.

Процессу фильтрации через стенку капилляра способствует поршневой механизм прохождения через капилляр эритроцита. Вследствие закупорки артериального конца капилляра возникает небольшое снижение давления в его венозной части. После прохождения эритроцита давление в этом отрезке восстанавливается. Эритроцит в этом случае играет роль поршня.