Периферический кровоток - системы организма (гистология)

КАПИЛЛЯРЫ И КАПИЛЛЯРНОЕ РУСЛО

Капилляры обычно располагаются в виде анастомозирующих сетей, образующих так называемое капиллярное русло, именно здесь возникает тканевая жидкость и отсюда близлежащие клетки получают кислород и питательные вещества. Кровь, протекающая по капиллярному руслу, поступает сюда из артериол, а отводится венулами, причем объем крови в этом русле в каждый данный момент контролируется автономной нервной системой. Этот контроль опосредуется гладкомышечными клетками, расположенными таким образом, что они охватывают кровеносные сосуды различных калибров. Например, если сокращаются гладкомышечные клетки артериол, сужая их просвет, в капиллярное русло, связанное с этими артериолами, поступает меньше крови. Но, как будет ясно из дальнейшего, не только одни артериолы регулируют кровоток в различных отделах капиллярного русла.
Пожалуй, прежде всего, следует отметить, что при изучении срезов фиксированной ткани невозможно выяснить, каким образом осуществляется кровообращение в отделе сосудистой системы, называемом терминальным сосудистым руслом (микроциркуляция). Это можно сделать, только изучая прижизненные препараты под световым микроскопом. Значительная часть наших современных представлений по этому вопросу исходит из детальных исследований Цвейфаха (Zweifach В., 1977), у которого и заимствован рис. 19 - 23. Однако опишем сначала капилляры.
Строение капилляров на срезах, окрашенных гематоксилином и эозином. Так как капилляры в большинстве тканей располагаются в самых различных плоскостях и имеют преимущественно извилистый ход, их очень редко можно увидеть в продольном разрезе. Исключением является поперечнополосатая мышца, так как здесь капилляры идут параллельно мышечным волокнам. В связи с этим они относительно прямые и поэтому на поперечных срезах поперечнополосатой мышцы удобно изучать и поперечные сечения капилляров (рис. 19 - 19). На таких срезах большая часть капилляров бывает представлена сечениями эндотелиальных клеток, не содержащими ядер- поэтому такие капилляры выглядят как простые трубочки (рис. 19 - 19, внизу).

Рис. 19 - 19. Микрофотография (масляная иммерсия) поперечнополосатой мышцы, показывающая различный вид капилляров в поперечном сечении.
Если срез проходит через капилляр в таком месте, где располагается ядро эндотелиальной клетки, в этом случае ядро имеет вид синего полумесяца (вверху слева). Если срез проходит в том месте, где нет ядра, капилляр выглядит как тонкое кольцо цитоплазмы (правее центра и внизу). В месте разреза капилляр может содержать эритроциты или лейкоциты (вверху справа). 1 -  капилляр, содержащий в просвете лимфоцит, 2 - ядро эндотелиальной клетки, 3 -  пустой капилляр.

Иногда, однако, в срез попадает ядро одной из эндотелиальных клеток, которое при этом выглядит как темный полумесяц, частично охватывающий просвет (рис. 19 - 19, вверху слева). На поперечных сечениях некоторых капилляров видны содержащиеся в них эритроциты (рис. 19 - 19, справа от центра), а иногда и лейкоциты (рис. 19 - 19, вверху справа).
Как отмечено в гл. 9, использование электронной микроскопии показало, что существуют два основных типа капилляров, которые называют соответственно капиллярами с непрерывной эндотелиальной выстилкой и фенестрированными капиллярами. Они будут последовательно рассмотрены ниже.
Ультраструктура капилляров с непрерывной эндотелиальной выстилкой. Прижизненно просвет этих капилляров составляет приблизительно 8 - 10 мкм в диаметре. Это значит, что они лишь незначительно шире эритроцита. Эритроциты не циркулируют в каждый отдельный момент в данном капилляре и поэтому многие из них не целиком раскрыты. Например, капилляр, показанный на рис. 19 - 20, частично спался. На некоторых поперечных срезах капилляров одна эндотелиальная клетка, очевидно, целиком охватывает просвет. В других местах, однако обнаруживаются две или несколько эндотелиальных клеток. На рис. 19 - 20 виден капилляр с частями двух эндотелиальных клеток. Так как граница соединения этих клеток друг с другом имеет неправильные контуры, тонкий поперечный срез все равно пройдет через части двух эндотелиальных клеток, даже если каждая из них и окружает капилляр полностью.
Здесь же видно, что ядро эндотелиальной клетки образует выпячивание в капиллярной стенке- тем не менее со всех сторон оно покрыто цитоплазмой. Цитоплазма содержит все обычные органеллы и в большинстве капилляров заполнена пиноцитозными пузырьками (некоторые из них показаны стрелками). Эти пузырьки, по-видимому, формируются как на внутренней, так и на наружной поверхностях эндотелиальных клеток капилляра, так что в цитоплазме обнаруживается смесь пузырьков, движущихся в обоих направлениях. Предполагается, что они представляют форму транспорта макромолекулярных веществ, направляющихся в капилляры или из них.
Края эндотелиальных клеток имеют неровные границы, так что смежные клетки сплетаются своими выступами (интердигитация) и образуют зубчатые контакты. У большинства капилляров параллельные края идущих одна за другой клеток на большей части их протяжения разделены пространством, в норме имеющим ширину 20 нм и заполненным материалом низкой электронной плотности (рис. 19 - 20).

Рис. 19 - 20. Электронная микрофотография капилляра с непрерывной эндотелиальной выстилкой (Fawcett D., 1965).
Срез проходит через ядро эндотелиальной клетки. Видны части двух эндотелиальных клеток- соединения между ними внизу слева и справа. Над одной из них в просвет выступает слева краевая складка. Обратите внимание на многочисленные пиноцитозные пузырьки- несколько участков, где происходит их формирование, отмечено стрелками.

В большинстве органов края смежных эндотелиальных клеток капилляров обоего типа связаны плотными контактами (по типу fascia occludens), так что эти контакты не занимают всего края смежных клеток. Между этими контактами имеются щелевидные пространства, через которые из капилляра может выходить тканевая жидкость. В мозгу, однако, как отмечено в гл. 17, плотные контакты между соседними эндотелиальными клетками имеют непрерывный характер они располагаются по всему краю клеток и поэтому относятся к типу zonula occludens- более того, капилляры полностью окружены толстой базальной мембраной, за счет чего формируется эффективный гематоэнцефалический - барьер. В точках контакта между смежными эндотелиальными клетками капилляров одна клетка обычно слегка накладывается на другую и, как правило, образует свободный край или складку, называемую краевой складкой, которая слегка выступает в просвет капилляра, как видно на рис. 19 - 20, внизу слева. Капилляр в целом окружен базальной мембраной (см. рис. 9 - 4).
Ультраструктура фенестрированных капилляров. Фенестрированные капилляры мало отличаются от описанных выше капилляров с непрерывной эндотелиальной выстилкой, за исключением того, что некоторые более тонкие участки их эндотелиальных клеток пронизаны многочисленными округлыми «порами» диаметром около 60-80 нм или в некоторых органах более крупными (как, например, показано на рис. 19 - 21). Эти «поры» имеют постоянный характер и называются фенестрами (от лат. fenestrae - окна). Они не сквозные, а закрыты тонкими диафрагмами во всех фенестрированных капиллярах, за исключением клубочков почки, где, как принято считать, таких диафрагм нет. Хотя о свойствах проницаемости этих фенестр известно очень мало, обычно полагают, что их присутствие облегчает обмен через эндотелий.
Под электронным микроскопом диафрагма, закрывающая фенестры, имеет вид цельной структуры, причем, как отмечают, она тоньше, чем одиночная клеточная мембрана и обладает центральным утолщением размером 10 - 15 нм в поперечнике. По-видимому, диафрагма представляет собой не просто ограниченный участок обычной клеточной мембраны, а скорее структуру особого рода, как бы вставленную в более тонкий участок цитоплазмы. Поэтому на периферии фенестр клеточная мембрана эндотелиальной клетки со стороны просвета непрерывно продолжается в клеточную мембрану, обращенную к окружающей ткани. Если бы это было не так и клеточные мембраны вместо того, чтобы сливаться в области фенестр, тянулись бы вдоль них с обеих сторон, то диафрагма имела бы скорее толщину в две клеточные мембраны, а возможно, даже и выглядела бы как двойная структура.
Расположение фенестр в капиллярах этого типа часто исследуется методом замораживания-скалывания (этот метод описан в гл.5). На рис. 19 - 21 представлен пример того, как выглядит капилляр при использовании этого метода. На соответствующих фотографиях видно, что в некоторых органах фенестры располагаются в виде тяжей вдоль клетки (рис. 19 - 21,А). На рис. 19 - 21,Б отчетливо видно и то, что фенестры в капиллярах надпочечника, например, не сквозные, а затянуты диафрагмами.
Перициты. Более 100 лет назад вдоль капилляров глаза лягушки были обнаружены отдельные сократимые клетки (которые назвали клетками Руже). Поэтому когда и у млекопитающих вокруг капилляров были найдены отдельные клетки, то сначала неправильно предположили, что они представляют собой аналог клеток Руже, а следовательно, тоже являются сократимыми элементами. Прошло много времени, прежде чем установили, что эти клетки не обладают сократительной функцией и что капилляры представляют собой лишь пассивные трубочки.

Рис. 19 - 21. Электронная микрофотография капилляра с фенестрированным эндотелием (Ryan U. et al., 1975).
Препараты эндотелиальных клеток капилляра надпочечника (хомячок) получены методом замораживания - скалывания.
А. Эндотелиальные клетки- вид с поверхности, показывающий распределение фенестр (])- х 152000- самые крупные фенестры здесь (в коре надпочечника) достигают в диаметре 166 нм, что в общем необычно много для фенестрированных капилляров. Б. Эндотелиальные клетки на поперечном сколе- х 107000- эндотелий (2) лежит вблизи и правее цитоплазмы клетки надпочечника (3), граничащей с капилляром- просвет капилляра (4) виден справа- обратите внимание на диафрагмы, закрывающие фенестры (показано стрелкой).
Регуляция кровотока в капиллярном русле, таким образом, должна  быть связана с какими-то другими факторами.

Рис. 19 - 22. Электронная микрофотография стенки мелкого кровеносного сосуда с перицитом (с любезного разрешения N. Taichman, Н. Movat).
Наверху, в просвете сосуда, виден эритроцит (/). Ниже две клетки эндотелиальной выстилки (2) прикрепляются друг к другу посредством плотных контактов-fascia accludens (5). Под эндотелием - базальная пластинка (4). Еще глубже от нее лежит отросток перицита (5), а дальше от просвета капилляра - тело и ядро (б) этой клетки. Тело перицита также окружено базальной пластинкой (4). В нижней части видно небольшое количество коллагенов.

Вместе с тем указанные клетки, разбросанные вдоль капилляров и некоторых других мелких сосудов у млекопитающих, называемые периваскулярными клетками, или перицитами, имеют, как было показано, большое значение. Хотя при росте новых кровеносных сосудов перициты могут превратиться в гладкомышечные клетки, в их нормальном относительно недифференцированном состоянии они отличаются от последних по ряду признаков. Их органеллы, например, располагаются более диффузно, а цитоплазма не содержит филаментов и плотных телец. От тел этих клеток отходят длинные цитоплазматические отростки (рис. 19 - 22), тогда как гладкомышечные клетки имеют удлиненную форму.
В связи с тем что периваскулярные клетки капилляров не обладают сократительной функцией, следует обратиться к другим сосудам микроциркуляторного русла с тем, чтобы выяснить, какие же из них ответственны за регуляцию кровотока по этому руслу.

СОСУДЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ КРОВОТОК ЧЕРЕЗ ТЕРМИНАЛЬНОЕ СОСУДИСТОЕ РУСЛО

Регулировать распределение и скорость кровотока через отдельные участки капиллярного русла способны только сосуды, содержащие в своей стенке гладкомышечные клетки. Эта регуляция осуществляется при сужении (вазоконстрикции) или расширении (вазодилятации) просвета этих сосудов. Непрерывное приспособление калибра сосудов, которое называется вазомоторной активностью, опосредуется импульсами автономной нервной системы, а также локально некоторыми химическими медиаторами и метаболитами.
Кровоток регулируется на нескольких уровнях в терминальном сосудистом русле. Первым из них является уровень терминальных артериол, которые приносят кровь к капиллярной сети. Это сосуды малого калибра (30-50 мкм), но все еще сохраняющие один непрерывный слой гладкомышечных клеток в средней оболочке стенки, причем диаметр их просвета в каждый данный момент определяется тонусом этих клеток.
Как можно видеть из схемы терминального сосудистого русла (рис. 19 - 23), терминальная артериол а открывается в сосуды двух типов. Вверху слева, а также вверху справа на рис. 19 - 23 показано, как она открывается в истинные капилляры. Хотя мы сказали, что в истинных капиллярах нет гладкомышечных клеток, каждый из этих капилляров в месте его отхождения от артериолы окружен гладкомышечными клетками, образующими так называемые прекапиллярные сфинктеры (от греч. сфинктер - обруч). За счет изменения тонуса и, следовательно, большего или меньшего сужения устья капилляров мельчайшие сфинктеры регулируют кровоток в истинных капиллярах. Сосуд второго типа, отходящий от средней части терминальной артериолы,-это более крупный сосуд, называемый метартериолой (отмечен на рис. 19 - 23). Этот сосуд пересекает все капиллярное русло и в конце концов вливается в венулу, как показано в нижней части рис. 19 - 23.

Рис. 19 - 23. Схема сосудов различного типа, образующих терминальное сосудистое русло и регулирующих микроциркуляцию в нем (с любезного разрешения В. Zweifach).

От его проксимального отдела отходят многочисленные истинные капилляры и здесь  также имеются прекапиллярные сфинктеры. Более того, многие истинные капилляры вливаются в его дистальную часть (отдел, известный как главный канал). Метартериола шире, чем истинный капилляр, причем она окружена гладкомышечными клетками во многих участках, разбросанных примерно вдоль первой половины ее пути (на рис. 19 - 23 эти гладкомышечные клетки показаны темными полукругами). Таким образом, объем крови, попадающей в капиллярное русло, регулируется прекапиллярными сфинктерами в тех местах, где истинные капилляры отходят от терминальной артериолы или метартериолы. При этом объем крови, протекающей через саму метартериолу, регулируется тонусом окружающих ее гладкомышечных клеток, разбросанных по ее ходу. В некоторых тканях, однако, вазомоторная активность в терминальных артериолах является главным фактором, регулирующим локальный кровоток в капиллярном русле. Более того, вазомоторная активность прекапиллярных сфинктеров может быть независимой от активности сфинктеров в терминальных артериолах и метартериолах, откуда отходят капилляры.
Метартериолы в некоторых участках могут выполнять и другую роль служить в качестве каналов с низким сопротивлением для увеличения кровотока. Это происходит по преимуществу в брыжейке и тех областях тела, где большое значение имеет терморегуляция,кожа, ухо. Как можно видеть (см. рис. 19 - 23), эти пути с низким сопротивлением, которые называются предпочтительными ( главными ) каналами, служат продолжением дистальных концов метартериол и открываются в венулы. Главные каналы (которые развиты неодинаково в различных тканях) открываются при сокращении прекапиллярных сфинктеров, ведущем к уменьшению кровотока через местную капиллярную сеть- каналы, таким образом, шунтируют капиллярное русло и поддерживают кровоток в данной области тела при выключенном капиллярном кровообращении. На срезах эти каналы неотличимы от больших капилляров или посткапиллярных венул (см. ниже).
Большая часть наших знаний о терминальном сосудистом русле получена при изучении плоских объектов, таких, как брыжейка. В большинстве органов, однако, микроциркуляторное русло имеет трехмерное, а следовательно, и значительно более сложное строение. Более детальные сведения о микроциркуляции в терминальном сосудистом русле других типов можно получить из специальных работ (Sobin S. S., Tremer H. М., 1977).

АРТЕРИО-ВЕНОЗНЫЕ АНАСТОМОЗЫ (АВ-ШУНТЫ)

Следует учитывать, что не вся кровь протекает через терминальное сосудистое русло. В некоторых участках организма имеются каналы, обеспечивающие другие возможности циркуляции, называемые артерио-венозными анастомозами (АВ-шунтами), которые направляют кровь из артериального звена прямо в венозное без циркуляции в капиллярах и метартериолах.
В печени, например, короткие ветвящиеся сосуды (до 45 мкм в диаметре) соединяют некоторые артерии непосредственно с венами. В других местах анастомозы могут быть более длинными и узкими (5—18 мкм в диаметре) и соединять артериолы с венулами. Проксимальный участок или две трети этих сосудов имеют хорошо развитый слой гладкомышечных клеток, а дистальный характеризуется несколько более широким просветом.
Артерио-венозные аностомозы обладают высокой вазомоторной активностью и чрезвычайно чувствительны к температурным, механическим и химическим стимулам. Таких анастомозов особенно много в коже, где, как полагают, они выполняют важную роль, шунтируя капиллярные сети дермы для сохранения тепла.