Капилляры
Микрососуды, где происходит обмен с тканями.
Что такое капилляры
Капилляры — это самые тонкие и самые многочисленные сосуды тела. Их название происходит от латинского capillus — «волос»: настолько они тонки. Капилляры — это «последний рубеж» кровеносной системы, где кровь наконец встречается с тканями.
Вспомним путь крови. Сердце гонит её по артериям, те ветвятся на всё более мелкие сосуды и в конце превращаются в крошечные артериолы (уменьшительное от «артерия»). Артериолы распадаются на капилляры — а те, в свою очередь, собираются в мелкие вены, которые возвращают кровь к сердцу. Именно на уровне капилляров и происходит то, ради чего существует вся система: обмен между кровью и клетками.
Размеры капилляров крошечные: их диаметр — всего 5–10 микрометров (микрометр — тысячная доля миллиметра). Это тоньше человеческого волоса. При этом капилляры пронизывают почти каждую ткань тела — нет такой клетки, которая лежала бы далеко от капилляра. И хотя каждый из них микроскопичен, вместе они образуют гигантскую сеть с огромной общей площадью поверхности — именно это и делает возможным быстрый обмен.
Стенка капилляра: один слой клеток
Главная особенность капилляра — его стенка. Если у артерий и вен стенка состоит из нескольких слоёв (мышцы, эластика, соединительная ткань), то у капилляра она предельно простая: один слой эндотелиальных клеток. «Эндотелий» — это плоские клетки, выстилающие внутреннюю поверхность сосудов; в капилляре они образуют собой тончайшую трубочку, толщина стенки которой — всего одна клетка, доли микрометра.
Такая тонкость не случайна — она является самим смыслом капилляра. Чем тоньше стенка, тем короче путь, который должны пройти кислород, глюкоза и углекислый газ между кровью и тканью. Если бы капилляр был покрыт мышцами и соединительной тканью, как артерия, обмен стал бы невозможен: вещества просто не смогли бы пройти сквозь несколько слоёв.
Кроме того, капилляр ничем не покрыт снаружи — лишь тонкой опорной плёнкой (базальной мембраной). Поэтому веществам и нужно преодолеть всего один слой клеток, чтобы попасть из крови в ткань или наоборот. Именно эту особенность конструкции и используют все обменные процессы тела.
Три типа капилляров
Капилляры различаются по строению — в зависимости от того, насколько «плотно» их стенка закрывает путь веществам. Чем больше нужно обмена, тем «проницаемее» оказывается стенка сосуда.
- Непрерывные (соматические) капилляры. Самый распространённый тип. Клетки эндотелия плотно прилегают друг к другу, образуя прочную стенку почти без щелей. Так устроены капилляры кожи, мышц, лёгких. Здесь важнее не проницаемость, а надёжность: обмен идёт строго через клетки, а не между ними.
- Фенестрированные (окончатые) капилляры. У них в стенке есть «окна» — фенестры (от лат. fenestra — «окно»). Это крошечные поры, которые пропускают больше веществ и пропускают их быстрее. Так устроены капилляры там, где нужен усиленный обмен: в почках, кишечнике, эндокринных железах.
- Синусоидные капилляры. Самые проницаемые. Они шире остальных, с большими промежутками между клетками, а местами вовсе прерываются. Через такие капилляры могут проходить даже крупные молекулы и целые клетки. Они находятся в печени, селезёнке и костном мозге — там, где кровь постоянно обменивается с тканью или рождает клетки.
Иными словами, природа «настраивает» стенку капилляра под задачу органа: где важнее надёжность — стенка плотная, где важнее обмен — в ней «открывают окна».
Капиллярная сеть: от артериолы к венуле
Капилляры редко работают по одиночке — они образуют сети. Место их соединения с мелкими сосудами называют капиллярной сетью (или капиллярным руслом).
Устроена сеть так. Артериола, подходя к ткани, распадается на множество капилляров. Они идут рядом, местами переплетаются и снова разветвляются, образуя густую мелкую сетку. Пройдя ткань, капилляры снова собираются вместе и переходят в мелкие вены — венулы (уменьшительное от «вена»), а те — в более крупные вены. Получается что-то вроде дельты реки: один широкий поток входит, распадается на множество ручейков, а затем снова сливается в один поток.
Капилляры в этой сети не сокращаются сами — у них для этого нет мышц. Они просто мягкие трубочки, по которым течёт кровь. Но это не значит, что по ним несётся вся кровь тела сразу: в каждый момент открыта лишь часть капилляров, а чем именно это управляется — ниже.
Главная работа: обмен веществ
Смысл существования капилляров — обмен. Через их тонкую стенку непрерывно движутся в обоих направлениях сотни веществ. Что именно уходит в ткань и что возвращается обратно:
- Из капилляра в ткань (к клеткам) уходит: кислород — главный «груз»; глюкоза и другие питательные вещества; гормоны и сигнальные молекулы; вода и минеральные соли (электролиты). Всё это клетки тканей берут себе.
- Из ткани в капилляр (от клеток) приходит: углекислый газ — продукт дыхания клеток; продукты обмена, которые нужно вывести (в том числе через почки); отработанные вещества и лишнюю воду.
Основной механизм этого обмена — диффузия (от лат. «рассеивание»): вещества сами перемещаются из места, где их много, туда, где их мало. Кислорода больше в крови — он идёт в ткань. Углекислого газа больше в ткани — он идёт в кровь. Никакой «насос» гнать молекулы не нужно: они движутся сами, по градиенту концентрации, а тонкая стенка капилляра им просто не мешает. Именно поэтому так важна её толщина в одну клетку.
Прекапиллярные сфинктеры: «краны» микрокровотока
Возникает вопрос: если капилляров в теле великое множество, то почему вся кровь не растекается по ним разом и не падает давление? Потому что в каждый момент работает лишь часть сети, а остальная закрыта. Управляют этим прекапиллярные сфинктеры.
Сфинктер (от греч. «сжимающий») — это кольцо из гладких мышц, как маленький воротничок на входе в капилляр. Такой воротничок может сужаться, перекрывая путь крови, или расслабляться, впуская её. Расположены сфинктеры там, где артериола впервые отдаёт свою веточку в капиллярную сеть.
Работают они как водопроводные краны: в каждый момент открыты не все, а лишь необходимое число капилляров — ровно столько, чтобы снабдить ткань. Именно сфинктеры направляют кровь туда, где она нужнее: например, во время работы мышцы краны в ней открываются шире, а в это же время в сосудах кожи могут сужаться. Так тело перераспределяет кровь, не меняя общий объём. О регуляции сосудов в целом — в статье Артерии.
Давление и выход жидкости
Но одним обменом газов и питательных веществ дело не ограничивается. Через стенку капилляра проходит не только «полезный груз», но и сама жидкость — плазма крови. Происходит это под действием двух встречных сил.
Давление крови. В начале капилляра (там, где он только отходит от артериолы) давление ещё высокое, и оно выталкивает плазму из сосуда наружу — в ткань. Так клетки получают не только кислород, но и воду с растворёнными веществами.
Онкотическое (белковое) давление. В крови растворено много белков, которых в тканевой жидкости нет. Они «притягивают» воду обратно в сосуд. К концу капилляра давление крови падает, и перевес переходит к белкам — жидкость втягивается назад, в венозное русло.
Получается постоянный прилив и отлив: у начала капилляра жидкость выходит в ткань, к концу — возвращается в кровь. Но возвращается не вся: небольшая часть жидкости остаётся в тканях. Эту «лишнюю» воду собирает особая система — лимфатические капилляры, которые уносят её в лимфатические сосуды и далее в кровь. Без этой «дренажной» системы ткань постепенно набухала бы от жидкости. О лимфатической системе — в разделе Иммунная система.
Что происходит при нарушениях
Капилляры крошечные, но их сбои сказываются на всём организме. Вот основные группы нарушений.
Если жидкость выходит из капилляров быстрее, чем лимфа успевает её уносить, или если белка в крови слишком мало (тогда «притягивающая» сила слабеет), вода задерживается в тканях — возникает отёк. Так бывает при болезнях почек и сердца: меняется баланс тех самых сил, что управляют выходом жидкости.
При воспалении стенка капилляра становится рыхлой, и через неё уходит слишком много жидкости и веществ — вплоть до крупных молекул и клеток. Это часть защитной реакции (так к очагу воспаления приходят иммунные клетки), но она же ведёт к набуханию и боли. Именно поэтому воспалённая ткань отекает и болит. О механизме — в разделе Иммунная система.
При сахарном диабете высокий уровень глюкозы со временем повреждает мелкие сосуды — в первую очередь капилляры. Это микроангиопатия («микро» — мелкий, «ангио» — сосуд, «патия» — болезнь). Прежде всего страдают те органы, где капилляры особенно важны: сетчатка глаза, почки, нервы. Так болезнь одного обмена веществ бьёт по всей капиллярной сети. О сахаре крови — в статье Инсулин и уровень сахара.
Иногда стенки мелких сосудов теряют тонус или прочность, и они расширяются и просвечивают сквозь кожу — телеангиэктазии («теле» — от греч. «конец», «ангио» — сосуд, «эктазия» — расширение; буквально — «расширение концевых сосудов»). А ломкие капилляры легко повреждаются даже при слабом ударе — отсюда синяки. Это прямым образом показывает, насколько хрупки и уязвимы эти тончайшие сосуды.
Связи с другими системами
- Артерии и вены: капилляры — это соединительное звено между ними. Артериолы приносят кровь, венулы уносят — а всё, что между ними, работает на обмен. Вместе три типа сосудов образуют замкнутый круг. Подробнее — в статьях Артерии и Вены.
- Кровь: именно в капиллярах кровь отдаёт кислород, нагруженный гемоглобином, и забирает углекислый газ. От состава крови — числа красных клеток, количества гемоглобина — зависит, сколько кислорода дойдёт до тканей. О крови — в статье Кровь.
- Дыхательная система: в капиллярах лёгких кровь набирает кислород, а в капиллярах тканей — отдаёт его. Две стороны одного процесса. Подробнее — в разделе Дыхательная система.
- Иммунная система: через стенку капилляра лейкоциты выходят из крови в ткань, чтобы бороться с инфекцией, — так начинается воспаление. А лимфатические капилляры собирают лишнюю жидкость и работают частью иммунной защиты. Подробнее — в разделе Иммунная система.
- Выделительная система: в почках капилляры устроены особым, фенестрированным способом — именно здесь происходит очистка крови от продуктов обмена. О том, как работает этот фильтр, — в разделе Почки.
- Обмен веществ и энергия: клетка получает кислород и питательные вещества только через капилляры. Поэтому состояние микрососудов напрямую определяет, сколько энергии доступно тканям. Подробнее — в разделе Обмен веществ и энергия.
Капилляры — это последний и самый важный участок кровеносной системы: место, где кровь наконец встречается с тканями и ради чего вся система вообще работает. Их отличает предельно тонкая стенка в один слой клеток, огромная общая поверхность и, как следствие, медленный ток крови, дающий время на обмен. Здесь кислород уходит к клеткам, а углекислый газ — обратно в кровь; здесь же выходит и возвращается жидкость, а излишки собирает лимфа. Тонкие и хрупкие, эти сосуды одновременно обеспечивают обмен для каждого органа и чутко реагируют на болезни — от воспаления до диабета. Понимание того, как устроен капилляр и как через него идёт обмен, — ключ ко всему кровообращению и к тому, как тело питает себя на самом глубоком уровне.