Fiziologia specială – profesor Gh. Petrescu

11.12.2002                                                                                                                  Curs 11

fiziologia capilarelor

Circulaţia capilară:

• sunt foarte multe capilare – 40 miliarde de capilare;
• scopul: un capilar cât se poate de aproape de fiecare celulă, deoarece schumbrul presupune şi difuzia prin interstiţiu;
• reprezintă un sistem de legătură dintre circulaţia arterială şi cea venoasă;
• circulaţia de joasă presiune: limfatice, venoase, pulmonare;

Rolul circulaţiei capilare:

• schimburi:
• nutritive: condiţii bazale, activitate;
• secreţie celulară;
• termoreglare:
• cald;
• frig;
• homeostazia circulatorie:
• 5-7% din volumul sângelui total;
• 30% acţiune musculară intensă;
• capilaroconstricţie (reţea capilară golită de sânge);
• capilaroplegie (reţea capilară plină cu sânge).

Particularităţile morfo-funcţionale ale circulaţiei capilare

Dimensiuni:

• lungime – 0,6-1 mm;
• diametru – 5-20 μ;                               funcţie de schimb
• suprafaţa de schimb – 6300 m²;

Densitate – în funcţie de ţesut:

• 6000/mm³: plămân, creier, glande endocrine;
• 5000/mm³: miocard;
• muşchi scheletic şi piele: 400-3000 mm³ – în funcţie de starea funcţională;

Proces de vasomoţie:

• repaus/activitate muşchi – 200-3000/mm³; x10;
• repartiţie diferenţiată în acelaşi organ;
• frecvenţa: 6-12/min;
• rolul: O₂, CO₂;

60-80 μ distanţa maximă la care se află o celulă faţă de un capilar.

Dispoziţia capilarelor:

            O metaarteriolă – ultimul vas ce prezintă tunică musculară discontinuă.

            Arteriolă => metaarteriolă => capilare => venulă.

Anasatomoze atrio-venoase:

• pielea extremităţilor
• tub digestiv                     scurtcircuitare, umplere capilare (constricţie)
• plămân

Arteriolă metaarterială:

• perete muscular
• celule musculare – dispuse discontinuu
• sfincter precapilar (ultimul inel de ţesut muscular) => poarte de intrare

Capilare:

• canale preferenţiale – nu trebuiesc confundate cu anastomoze arterio-venoase;
• capilare adevărate;

Venule:

• vase mai largi decât arteriola
• presiune scăzută
• vasoconstricţie capilară

Esenţa funcţiei: sângele curge permanent din artere => venulă prin anastomoze.

            Activitatea metarteriolei scăzută => sfincterele precapilare închise.

            Presiunea metarteriolei => debitul e redistribuit către capilar.

Circulaţia din capilarele adev. => circulaţie nutritivă.

• capilarele conţin 5-7% din volumul sanguin total;
• mişcarea sângelui este datorată: diferenţei de presiune şi fenomenului inerţial (pentru lichide);
• factorul principal ce determină curgerea sângelui printr-un capilar: presiunea arterială şi controlul local (presiunea de intrare în reţeaua capilară) şi acţiunea sfincterului precapilar;
• în muşchiul scheletic – în repaus – 5-10% deschise (nu aceleaşi);
• curgerea în capilare, comparativ cu cea din artere, este lentă (viteza de curgere e sub 1 mm/sec în mod normal);
• fără fluctuaţii de debit (se mişcă constant) => în arteriolă mai există zvâcniri;
• fără fluctuaţii sistolo-diastolice din punct de vedere presional (insuficienţa aortică – există şi puls la nivel capilar);
• capilarul e foarte îngust => abia trece o hematie (sunt flexibile) => se separă într-un singur şir de hematii;
• şirul central de hematii – mai încet (mai încet de 1 μ/sec);
• plasma are viteza mai mare (mai rapidă) => o scădere aparentă a vâscozităţii plasmei;
• tonusul sfincterului precapilar – determinat de vasomoţia de la nivelul arteriolar (manifestare spontană a contractilităţii muşchiului din arteriole);
• frecvenţa – 6-12/min (deschidere şi închidere);
• aparent sunt distribuite neuniform;
• probabilistic – ritmic şi regulat;
• vasomoţia legată de ansamblul teritoriului deservit, nu e destul de puternic pentru a opri trecerea totală a sângelui;
• DA – printr-un anumit capilar;
• statusul contractil e controlat de presiunea transmurală => corelaţie între perfuzia capilară şi mecanismele miogenal., fenomenele de autoreglare;

• viteza e foarte mică pentru că la un anumit debit v=Q/S;
• facilitează schimburile transparietale;
• nr. foarte mare de ramuri cu calibrul foarte mic => o cădere de presiune importantă (datorită rezistenţei mari la curgere);
• 35 mmHg capilar => intermediar 25 mmHg => sector venos 10-12 mmHg (determinate prin cateterism);
• la nivelul capătului arterial => detectate pulsaţii foarte slabe;
• dacă sfincterul capilar e închis => presiune supusă presiunii venoasă;
• există tendinţe de ramificare spre vene;
• tonusul sfincterului precapilar => determină intermitenţa perfuziei unui anumit capilar;
• nr. de capilare irigate = în funcţie de acţiunea tisulară şi repartiţie;

Structura peretelui capilar:

• epiteliul unistratificat de tip pavimentos;
• pe faţa luminală – glicocalix 50 nm => se continuă şi la nivelul porilor intracelulari => important în: permeabilitate, hemodinamică, aderarea elementelor figurate;
• grosime foarte mică => difuziune în timp foarte scurt (0,03 s);
• pentru substanţele cu difuzibilitate destul de bună – scade concentraţia imediat de la intrarea în capilar până la nivelul de echilibru;
• conţin fibre contractile;
• modificări de formă şi volum circular => ef. asupra schimb.;
• membrană bazală amorfă, aspect poros; colagen nefibrilar; indice mucopolazaharidică;
• strat endotelial, continuă fără canale; au pori – 4 nm diametru (muşchi, ţesut adipos);
• în capilarele fenestrate 20-100 nm (600-3000 nm => în ficat, aspect sinusoid);
• rinichi, intern, glandă endocrină

Clasificare din punct de vedere al structurii peretelui capilar:

• perete capilar continuu (SNC);
• cu pori ≈ 4 nm (max 10 nm);
• mici pori hidrofili asociaţi cu spaţiile intercelulare;
• schimb rapid (difuziune) molecule lipofobe < 104 Da (glucoză, electroliţi, aa, etc.);
• ≈ 20 nm+ îngustări, joncţiuni străbătute de pori de ≈ 4 nm (maxim 8-9 nm, exc. SNC);
• ≈ 0,02 din suprafaţa peretelui capilar;
• ceva mai largi (≈ 25 nm); capătul venos al capilarului: de 30.000 ori mai rari;
• cale de acces al moleculelor mari (albumină);
• fenestraţi = pori giganţi (20-100 nm);
• contribuţia marcantă la permeabilitatea peretelui capilar;
• valori externe la nivel hepatic, unde endoteliul este de fapt discontinuu;
• Ca²⁺, bradikinina, histamina => dinamica porilor transcapilari;
• structura prin care se realizează transferul de substrat;
• substanţe:
• lipofile trec uşor prin membrana celulară;
• hidrofile au nevoie de căi hidrofile;
• există pe membrana celulară multe modalităţi de transport membranar:
• pori;
• canale ionice;
• transportori;
• e nevoie de o rată de schimb mare între plasmă şi lichid interstiţial => e nedoie de căi de transport pentru substanţele hidrofile => membrana prezintă pori ce se găsesc intercelulari;
• membrana celulară vine în contact din loc în loc (ca nişte trunchiuri foarte scurte);

• aceşti pori intercelulari sunt mici, spaţiile dintre celule ≈ 20 nm;
• faptul că vin în contact din loc în loc, membrana lasă puţin spaţiu – pori=-4-8 nm;
• nu sunt în masa cerebrală;
• prin aceşti pori pot trece substanţe hidrofile până la 104 Da;
• permeabilitatea pentru ele este foarte mică;
• pori mai largi (20 nm) => înspre capătul venos – de 30.000 mai rari => lasă să treacă molecule mai mari (albumina);
• porul transcelular (20-100 nm sau mai mult) – nu se prezintă ca o gaură propriu-zisă datorită gliucocalixului ce prezintă un orificiu cu diametrul mai mic ce prezintă nişte radiaţii prin care se poate comunica liber între lumen şi interstiţiu;
• peretele capilar asigură schimbul moleculelor cu masă mare (proteine) ca în ficat;
• sunt multe modalităţi de control;
• se realizează o dinamică a porilor din peretele capilar ce poate fi controlată de către factori: Ca²⁺, bradikinine, histamină;

Transportul de substanţe:

• se poate realiza prin: difuziune (≈300 ml/100/min – transcitoză), filtrare/absorbţie (≈0,06 ml/100g/min);

Prin transcitoză (endocitoză => exocitoză):

• abundenţă de vezicule de pinocitoză (50-80mm);
• formarea pe versantul luminal …. traversarea celulei … deversarea pe versantul bazal;
• vezicula nu este afectată pe acest parcurs;
• fenomenul poate avea loc şi invers, înspre lumenul capilar;
• schimb molecule lipofobe mare (> 30 nm);

Difuzia:

• fenomen de nivel molecular, termodinamic;

Factori ce determină difuziunea prin membrană:

• grosimea membranei (invers proporţională);
• suprafaţa de difuziune – mare;
• rata de difuziune de 80 de ori mai mare ca debitul plasmatic;
• substanţe:
• diferenţa de concentraţie;
• coeficient de permeabilitate;
• hidrofile:
• prin pori;
• transcelular/transmembranar;
• hidrofobe – direct prin membrană;

Filtrarea şi reabsorbţie:

• mecanism de mişcare în masă a apei şi a substanţei;
• guvernată de presiune;
• independent de substanţe;

Ecuaţia lui Fick:

            Difuzia prin peretele capilar: PA_S/t

P = coeficientul de permeabilitate (mărimea/liposolubilitatea moleculei).

A = suprafaţa de schimb – întregul perete pentru substanţe liposolubilitate

A => pori şi alte căi apoase pentru substanţe hidrosolubile

S = diferenţa de concentraţie;

t = grosimea membranei

            Dimensiunea porilor pot fi evaluate pe baza ratei de difuzie a unei molecule electroneutre pentru care se cunoaşte coeficientul de difuzie liberă.

            La această valoare se aduc corecţii privind:

• interacţiunile dintre moleculele substanţelor respectiv (forţe inter-ionice);
• atracţia exercitată asupra moleculelor de solvent (solvent drag.);
• configuraţia porului;
• interacţiunile electrostatice ale ionilor cu suprafaţa porilor;
• pentru molecule mici (uree, glucoză, apă, Na, Cl) porii impun restricţii minime;
• coeficientul mic de reflexie – 0 pentru apă, 1 pentru albumine;
• molecule mici: doar debitul limitează rata de difuziune = difuzie limitată de perfuzie (debitul plasmei, concentraţia substanţei);
• molecule mari = schimburi limitate de difuzie (diferenţă minimă > 604 Da);
• aportul de O₂ la nivelul celulelor nu este limitat de: difuzie, nr. de capilare deschise (limitat de perfuzie);
• conţinutul de O₂ deja scăzut la 80% la intrarea în capilar;
• ca urmare a difuziei ac. în ţesut la nivelul arteriolelor;
• deplasarea O₂ către destinaţia mitocondrială;
• contracurent cu venulele din vecinătatea arteriolelor;
• consumul de O₂ la nivelul pereţilor vasculari;

§         fenomenul de şunt arteriovenos prin difuzia O₂ poate deveni un factor limitant pentru aportul de O₂ în condiţii de debit sanguin redus;

Schimbul de substanţe prin filtrare – reabsorbţie:

§         rata totală de transport net al H₂O prin filtrare 16 ml/min <  240 l/min prin difuziune;

§         coeficientul mediu de filtrare 6,67 ml/min/mmHg (0,1 ml/min/mmHg/4g);

§         valoarea filtrării este în medie 0,5% din volumul plasmei;

§         valori infime în creier şi valori mari în ficat;

Echilibrul Starling exprimă:

§         presiuni hidrostatice (h) şi coloid osmotice (o);

§         care se sumează algebric, determină presiunea efectivă;

§         pentru titrarea lichidului spre interstiţiu în sectorul „arterial” al capilarelor;

§         şi reabsorbţia acestuia în plasmă în sectorul „venos” 9/10 din lichidul filtrant (1/10 revine prin circulaţia limfatică);

Filtrare foarte variabilă în diverse teritorii vasculare şi condiţii fiziologice locale:

§         diferenţe de coeficient de filtrare (caracteristicile peretelui capilar);

§         diferenţa de intrare, determinate de căderea de presiune în amonte;

§         creşterea rezistenţei în aval duce la creşterea presiunii intracapilare, în  ≈ 80% din creşterea de presiune venoasă se transmite la nivel capilar;

§         capilarul închis presiunea este dictată de cea venoasă;

Echilibrul Starling (balanţa de presiune):

Presiunea luminală (h) – schimbată de rezistenţa capilară.

            Presiunea oncotică (luminală) => reţine apa şi nu lasă apa să treacă în interstiţiu.

            Presiunea oncotică din interstiţiu => favorizează trecerea apei în interstiţiu.

=> chiar şi capilarele închise preiau din interstiţiu deoarece există o diferenţă de presiune ce asigură reabsorbţia excesului de plasmă;

]

            Concentraţia proteică a plasmei => retenţia apei în lumen capilar se opune filtrării => factor coloidosmotic => favorizează reabsorbţia.

            28 mmHg = 19 mmHg proteine (60-80 g/l) + 9 mmHg cationi suplimentari.

• permeabilitatea relativă faţă de apă şi solviţi dă presiune osmotică efectivă;
• presiunea osmotică reală = p = SRT(C₁–C₂)
• s = coeficient de reflexie;
• R = constanta generală a gazelor;
• T = temperatura absolută;
• C = concentraţia substanţei;
• albumina = cea mai importantă în determinarea presiunii oncotice;
• poliamion la pH = 7,4, reţine cationi + anioni de clor;
• efect osmotic > indicaţie număr de molecule, dependent neliniar de concentraţie;

Debitul de filtrare este Q = K₁Dp₁ unde:

            K = cconstanta de filtrare a membranei capilare

            Dp = suma algebrică a factorilor presionali, (+) filtrare, (-) reabsorbţie.

            c – glomerulare = numai filtrare, circulaţia pulmonară, mucoase gastrică = numai absorbţia.

Coeficient de filtrare capilară (K) din Q = K₂SDp/ŋd; K₁ = K₂S/ŋd, unde:

            S = aria de perete capilar disponibil pentru filtrare.

            d = grosimea peretelui capilar

            ŋ = vâscozitatea filtratului

Aria membranei filtrante = necunoscută … rata de filtrare raportată la masa tisulară.

• proteine plasmatice … substituent echi-oncotic … + coeficient de filtrare … edem;
• permeabilitatea normală restabilită de 0,2% albumină;
• albumina legată la nivelul porilor modulează fct. ac.;
• coeficientul de filtrare nu este influenţat de:
• modificări fiziologice ale presiunii arteriolare sau venoase;
• variaţii de pH sau presiune parţială a O₂ sau CO₂;
• poate fi utilizat pentru calcularea fracţiei de capilare deschise (creşterea filtrării se bazează pe fenomenul de recrutare a capilarelor);

Permeabilitatea capilarelor nu este datorată modificărilor coeficientului de filtrare.

• au loc anumite leziuni, se modifică calităţile membranei filtrante;

Rolul lichidului interstiţial în schimbul de la nivelul capilarului:

• conductanţă mare pentru H₂O (conţine polizaharide), rol de sită moleculară;
• presiunea coloid-osmotică cu implicaţii în schimbul de substanţe;
• presiunea hidrostatică cu implicaţii în mişcările apei;
• valori negative de 1-2 mmHg (maxim 6-7 mmHg);
• drenajul limfatic permanent; forţele exercitate asupra peretelui capilar;
• volumul spaţiului interstiţial şi decomplianţa acestui compartiment;

Reglarea circulaţiei capilare: mecanisme nervoase şi umorale:

• condiţii bazale: capilarele se închid şi se deschid ritmic (6-12 /min);
• umplerea diferită a capilarelor cu sânge = tonus capilar (semidistensie permanentă);
• modificări pasive în funcţie de:
• distensibilitatea peretelui capilar;
• modificări de presiune şi flux în metarteriole, venule, anastomoze av.;
• mecanisme nervoase:
• reacţii generale (eritem pudic, paloare, congestie după emoţii);
• reacţii locale prin reflex de axon;
• reacţia de albire: stimulare mecanică induce contracţia sfinterelor precapilare;
• stimulare puternică … triade Lewis (hiperemie, edem, papulă);
• vasodilataţie + creşterea permeabilităţii … predomină filtrarea faţă de absorbţie;
• edemul este datorat creşterii permeabilităţii parietale (parţial mediată de receptori histaminergici) iar arteriodilataţia se produce prin reflex de axon;

• impulsurile din fibrele nociceptive conduse prin ramuri sp. înapoi la vase, unde eliberează SP, H şi ADO, vasodilaţie şi creşterea permeabilităţii capilare;
• hiperemia reactivă (H⁺) se însoţeşte de creşterea permeabilităţii capilare;
• mecanismele umorale implică ef. unor factori:
• vasoconstrictori – adrenalina, noradrenalina, angiotensina;
• vasodilataţie – histamină, plasmokinină;