Капилляр — тонкий кровеносный сосуд¶

Капилляр (от лат. capillus — «волос») — мельчайший кровеносный сосуд диаметром от 5 до 10 микрометров, соединяющий артериальное и венозное звено кровеносной системы. Именно в капиллярах происходит основной обмен веществ и газов между кровью и тканями организма. Стенка капилляра состоит из одного слоя эндотелиальных клеток, что обеспечивает максимальную проницаемость для воды, газов, питательных веществ и продуктов обмена.

Термин применяется и шире: капиллярами называют также тончайшие трубки в физике (капиллярные явления), в технике (капиллярные трубки термометров, капиллярный контроль) и в анатомии растений (сосуды ксилемы). Основное значение термина в биологии и медицине связано с кровеносной системой.

¶Строение и типы

Стенка кровеносного капилляра образована тремя слоями: эндотелием (внутренний слой из плоских клеток), базальной мембраной и небольшим количеством перицитов, регулирующих просвет сосуда. В зависимости от строения эндотелия выделяют три типа капилляров:

• Непрерывные — эндотелий без пор, базальная мембрана сплошная. Характерны для мышц, кожи, лёгких, центральной нервной системы (здесь они образуют гематоэнцефалический барьер).
• Фенестрированные — имеют поры («окна») в эндотелии, ускоряющие обмен. Встречаются в почках, кишечнике, эндокринных железах.
• Синусоидные (прерывистые) — широкие просветы и крупные щели между клетками. Расположены в печени, селезёнке, костном мозге, где необходима миграция крупных молекул и клеток.

Диаметр капилляров варьируется от 5 мкм в мышцах до 30–40 мкм в синусоидных сосудах печени.

¶Кровообращение в капиллярах

Кровь поступает в капиллярную сеть из артериол через прекапиллярные сфинктеры — мышечные кольца, регулирующие приток. Далее кровь собирается в посткапиллярные венулы и вены. Скорость кровотока в капиллярах минимальна — около 0,5–1 мм/с, что создаёт условия для эффективного обмена.

Обмен веществ описывается законом Старлинга: на артериальном конце капилляра гидростатическое давление выше онкотического, поэтому жидкость выходит в ткань; на венозном конце баланс смещается, и жидкость возвращается в сосуд. Часть жидкости уходит в лимфатическую систему.

Число капилляров в организме человека огромно — их общая длина оценивается в 100 000 км, а суммарная площадь поверхности обмена — около 1000 м². В покое функционирует лишь 20–35 % капилляров; остальные находятся в закрытом состоянии и раскрываются при повышении нагрузки.

¶Регуляция

Просвет капилляров регулируется несколькими механизмами:

• Нервная регуляция — через симпатические волокна, сужающие сосуды.
• Гуморальная — гистамин, брадикинин расширяют капилляры; адреналин, ангиотензин II сужают.
• Местная (метаболическая) — накопление углекислого газа, ионов водорода, аденозина вызывает расширение и увеличение числа работающих капилляров.

¶Капиллярные явления в физике

В физике термин «капилляр» связан с капиллярными явлениями — подъёмом или опусканием жидкости в узких трубках под действием сил поверхностного натяжения. Высота подъёма описывается формулой Жюрена:

h = 2σ·cosθ / (ρ·g·r),

где σ — поверхностное натяжение, θ — краевой угол смачивания, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, r — радиус трубки. Чем тоньше капилляр, тем выше поднимается смачивающая жидкость (например, вода) и тем ниже опускается несмачивающая (например, ртуть). Эти явления объясняют подъём воды в почве, движение чернил по перу, работу фитиля.

¶Капилляры у растений

У высших растений функцию проведения воды выполняют сосуды ксилемы, которые также называют капиллярами. Вода поднимается по ним благодаря транспирации и капиллярному давлению. Диаметр растительных сосудов — от 10 до 200 мкм.

¶Методы исследования

Для изучения капилляров применяют:

• Капилляроскопию — визуальный осмотр капилляров ногтевого ложа под микроскопом.
• Биомикроскопию — наблюдение кровотока в сосудах конъюнктивы.
• Лазерную доплеровскую флоуметрию — измерение скорости капиллярного кровотока.
• Плетизмографию — оценку объёмных изменений тканей.

¶Патологии

Нарушения капиллярного кровообращения лежат в основе многих заболеваний:

• Капилляротоксикоз (геморрагический васкулит) — воспаление стенок капилляров с кровоизлияниями.
• Сахарный диабет — поражение капилляров сетчатки (ретинопатия) и почек (нефропатия).
• Артериальная гипертензия — повышение тонуса и утолщение стенок капилляров.
• Отёки — нарушение баланса Старлинга при сердечной или почечной недостаточности.

¶Техническое применение

В технике капиллярные трубки используются в термометрах, манометрах, системах охлаждения, фитилях. Капиллярный неразрушающий контроль основан на проникновении индикаторной жидкости в поверхностные дефекты металла и позволяет выявлять трещины шириной до 1 мкм. Капиллярные силы применяются в тепловых трубках для охлаждения электроники и в бумажной хроматографии.

¶Значение

Капилляры — ключевое звено системы кровообращения, обеспечивающее питание всех тканей. Их общая площадь и тонкость стенок делают возможным обмен, недоступный крупным сосудам. Изучение капилляров важно для физиологии, медицины, физики поверхностных явлений и инженерных дисциплин.