Капилляр в анатомии и технике¶

Капилляр (от лат. capillus — «волос») — общее название для тонких, нитевидных структур, встречающееся в нескольких областях знания. В анатомии и физиологии так называют мельчайшие кровеносные и лимфатические сосуды диаметром 5–10 мкм, через стенки которых происходит обмен веществ между кровью и тканями. В физике и технике термин обозначает узкие каналы и трубки, в которых существенную роль играют капиллярные явления — подъём или опускание жидкости под действием сил поверхностного натяжения. Кроме того, слово используется в быту: капиллярами называют тонкие трубки в системах отопления, охлаждения и в измерительных приборах.

¶Капилляры в биологии и медицине

Кровеносные капилляры — самый многочисленный тип сосудов в организме человека и животных. Их общая длина в теле взрослого человека оценивается примерно в 100 тысяч километров, а суммарная площадь поверхности обмена — порядка 1000 м².

¶Строение

Стенка капилляра состоит из одного слоя эндотелиальных клеток, лежащих на тонкой базальной мембране. Такое строение обеспечивает минимальную толщину барьера — от 0,5 до 3 мкм, что необходимо для быстрой диффузии газов, питательных веществ и продуктов обмена. По классификации выделяют три типа капилляров:

• Непрерывные — эндотелий без пор, характерны для мышц, кожи, лёгких, центральной нервной системы.
• Фенестрированные — имеют поры («окна») диаметром 60–80 нм, встречаются в почках, кишечнике, эндокринных железах.
• Синусоидные — широкие щели между клетками, обнаруживаются в печени, селезёнке, костном мозге.

¶Функции

Основная функция капилляров — транспортная. В артериальном конце капилляра гидростатическое давление выше онкотического, поэтому жидкость и растворённые вещества выходят в межклеточное пространство. В венозном конце соотношение давлений меняется, и вода с продуктами обмена возвращается в кровь. Скорость кровотока в капиллярах минимальна — около 0,5 мм/с, что даёт время для обмена.

¶Регуляция

Просвет капилляров регулируется прекапиллярными сфинктерами — гладкомышечными кольцами в местах отхождения от артериол. В покое открыто лишь 20–35 % капилляров; при физической нагрузке, воспалении или повышении температуры их число растёт. Регуляция обеспечивается нервными импульсами и гуморальными факторами: гистамином, адреналином, оксидом азота.

¶Патологии

Нарушения капиллярного кровообращения лежат в основе многих заболеваний. Повышенная проницаемость стенок ведёт к отёкам, при диабете развивается диабетическая микроангиопатия, при системной склеродермии — поражение капилляров кожи. Капилляроскопия — метод визуального осмотра капилляров ногтевого ложа — применяется для диагностики ревматических и сосудистых болезней.

¶Капиллярные явления в физике

В физике капилляр — это узкий канал, в котором силы поверхностного натяжения преобладают над силой тяжести. Если жидкость смачивает стенки, она поднимается по каналу; если не смачивает — опускается. Высота подъёма описывается формулой Жюрена:

h = 2σ·cosθ / (ρ·g·r),

где σ — коэффициент поверхностного натяжения, θ — краевой угол смачивания, ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, r — радиус канала. Из формулы видно: чем тоньше капилляр, тем выше поднимается жидкость. Именно поэтому вода поднимается по почвенным порам, керосин — по фитилю, а кровь — по тонким сосудам.

¶Примеры в природе и технике

• Подъём воды от корней к листьям растений частично обеспечивается капиллярным давлением в сосудах ксилемы.
• Впитывание влаги промокашкой, полотенцем, губкой.
• Работа фитиля в керосиновой лампе и свече.
• Капиллярные трубки в термометрах и манометрах.
• Капиллярная дефектоскопия — метод неразрушающего контроля, при котором индикаторная жидкость проникает в микротрещины деталей.

¶Капилляры в технике и быту

В инженерной практике капиллярами называют тонкие трубки диаметром от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Они применяются в холодильных установках как дросселирующие элементы: жидкий хладагент проходит через узкий канал, давление резко падает, и часть вещества испаряется, охлаждая контур. В системах отопления и водоснабжения капиллярные трубки используются в терморегуляторах и датчиках температуры.

В электронике известны капилляры для проволочной разварки кристаллов — миниатюрные наконечники, через которые подаётся золотая или алюминиевая проволока при сборке микросхем. В аналитической химии капиллярные колонки применяются в газовой хроматографии: нанесённый на внутреннюю стенку слой сорбента разделяет смеси веществ с высокой эффективностью.

¶Лимфатические капилляры

Лимфатические капилляры — слепо замкнутые с одного конца сосуды, начинающиеся в межклеточных пространствах. Их стенки состоят из эндотелиоцитов, соединённых рыхло, что позволяет крупным молекулам и частицам попадать внутрь. Лимфатические капилляры собирают избыток тканевой жидкости и возвращают её в кровеносное русло через грудной проток.

¶Значение термина

Слово «капилляр» объединяет биологические, физические и технические объекты общим признаком — малой толщиной и определяющей ролью поверхностных или обменных процессов. Понимание строения кровеносных капилляров важно для медицины, а закономерности капиллярных явлений — для физики, химии, почвоведения и инженерии.