Транспорт веществ через стенку капилляров составляет одно из важнейших звеньев опосредования деятельности не только системы микроциркуляции, но и всей системы кровообращения. В конечном итоге он является основным результирующим показателем состояния трансорганной гемодинамики, и благодаря ему реализуется основная функция капилляров - доставка к тканям необходимых питательных веществ и разгрузка их от катаболитов.
Проблема изучения транскапиллярного обмена имеет давнюю историю и интенсивно разрабатывается в последнее время. Накоплен колоссальный по своему объему материал, очень разноплановый как по способам получения, так и по трактовке имеющихся данных, что не позволяет дать сколько-нибудь полный его обзор в рамках данной книги. Однако необходимо коснуться данной проблемы хотя бы в той мере, в какой это нужно для практического обсуждения вопросов, связанных с изменением трансканиллярного транспорта веществ при мышечной деятельности.
Как известно, основное назначение системы кровообращения, и в частности системы микроциркуляции,- это создание сбалансированного транспорта веществ через стенку сосудов, соответствующего функциональным потребностям органа (В. В. Куприянов с соавт., 1975; А. М. Чернух с соавт., 1975; В. П. Казначеев, А. А. Дзизинский, 1975). В настоящее время установлено, что он осуществляется только на уровне сосудов микроциркуляторного русла. Комплекс мембранных элементов, располагающихся на границе между кровью и рабочими клетками паренхимы органа, получил название гистогематического барьера, представления о котором были сформулированы Л. С. Штерн (1929, 1935).
Представления о морфологическом субстрате гистогематических барьеров за последние годы претерпели существенные изменения. Если раньше ведущей барьерной функцией наделялся какой-то один элемент, например мембрана капиллярной стенки (Chambers, Zwei-fach, 1947), эндотелий капилляров (Л. С. Штерн, 1965), неклеточные соединительнотканные образования (А. И. Смирнопа-Замкова, 1955, 1961), то в настоящее время гиетогематический барьер рассматривается как комплексная мембранная многофункциональная система, обеспечивающая специфичность деятельности органных клеток и определенный уровень их метаболизма (В. А. Шахламов, 1971; Я. Л. Караганов, 1973; Я. А. Роснн, 1971, 1977, и др.).
Одной из важнейших характеристик гистогематических барьеров является их проницаемость. Термин «проницаемость» имеет в литературе ряд смысловых значений. В узком смысле под проницаемостью понимают определенное морфологическое состояние структур самой капиллярной стенки, величину и число пор, через которые происходит транспорт веществ (И. Л. Ойвин, 1966; И. А. Ойвин, И. Л. Гуменюк, 1969; Folkow, Neil, 1971; Cliff, 1976).
А. М. Чернух с соавт. (1975) рассматривают транскапиллярный обмен как процесс перехода веществ через стенку микро сосудов, а проницаемость - как свойство сосудистой стенки избирательно пропускать различные вещества и даже форменные элементы крови в соответствии с условиями гомеокинеза данной ткани и органа. В регуляции проницаемости участвуют вне сосудистые и ряд других факторов.
Важной характеристикой проникающего вещества является размер его молекул. Все вещества принято делить на высокомолекулярные и низкомолекулярные. Такое деление имеет большое функциональное значение, так как, согласно современным представлениям, от размера молекул проникающего вещества зависит, но какому пути и с помощью какого механизма осуществляется переход его через сосудистую стенку.
Трансмуральный обмен веществ может осуществляться с помощью трех механизмов: фильтрации - абсорбции, диффузии. При характеристике путей проникновения веществ через слои эндотелиоцитон Я. Л. Караганов с соавт. (1978) выдели, трансцеллюлярные и комбинированные пути транспорта веществ. Парацеллюлярными путями служат межклеточные контакты, подсобно описанные Maycrson et al. (1960), Grotto (1964), Landis, Pappenhiemcr (1963), Renkin (1961), Karnovsky (1967, 1969, 1970, 1971), Casley - Smith (1967), В. А, Шахламовым (1971), Renkin et al. (1976) и др.
Под трансцеллюлярными путями подразумевают везикулы, являющиеся постоянными ультра структурными компонентами цитоплазмы эндотелиальных клеток (Brims, Paladc, 1968; Garlick, Renkin, 1970; Renkin, 1971; В. А. Шахламов, 1971; Я. Л. Караганов, 1972, и др.). Обмен низкомолекулярных водорастворимых веществ, согласно представлениям названных авторов, осуществляется преимущественно по межклеточным контактам, а высокомолекулярные вещества транспортируются из крови в пространство с помощью везикул. В последние годы Paaske (1977), Renkin et al. (1977) и др. основную роль в транспорте крупных молекул в капиллярах соматического типа отводят системе каналов из слившихся микропиноцитозных пузырьков.
Еще Starling (1896) в противовес многим существовавшим гипотезам на основании теоретических расчетов доказал, что большая часть жидкости, профильтровывающейся из капилляров в ткани, возвращается в кровеносное русло не по лимфатическим сосудам, а непосредственно через капилляры. Согласно его представлениям, на уровне капилляров действует фильтрационно-реабсорбционный механизм, движущей силой которого является гидростатическое и коллоидно-осмотическое давление крови и интерстициальной жидкости. Он полагал, что в обмене жидкости участвуют лишь капилляры, стенка которых представляет собой фильтр, пропускающие только водорастворимые молекулы.
Последующими исследованиями было обнаружено, что венозный отдел капилляров более проницаем, чем артериальный (Rous et al., 1930). Это послужило основанием для представления о градиенте сосудистой проницаемости, или так называемой гетеропорозности стенки капилляров. В дальнейшем явление большей проницаемости венулярного отдела капилляров и стенок посткапиллярных венул было подтверждено многими исследователями (Zweifach, 1961; Intaglietta, 1967. 1972; Hauck, 1969; Wiederhielm, 1971; Witte, 1973; В. И. Козлов, 1972, и др.).
Для характеристики функциональных потенций микроциркуляторного русла органов большое значение имеет сравнительная оценка поверхности капилляров, обслуживающей процессы фильтрации и реабсорбции. В интерпретации Wiederhielm (1968), транскапиллярный обмен жидкости описывается формулой.
В этой формуле обращают на себя внимание два показателя: поверхность функционирующих капилляров и коэффициент фильтрации, которые лишь условно принимаются за постоянные величины.
Поверхность функционирующих капилляров непосредственно зависит от состояния микроциркуляторного русла в целом и уровня трансорганной гемодинамики. Отсюда становится попятным, что изменение структурных параметров микро сосудов при тех или иных функциональных состояниях органа должно сопровождаться адекватными сдвигами в трансмуральном транспорте веществ. Что касается коэффициента фильтрации, то пока не удалось обнаружить прямых доказательств связи между этим показателем и состоянием собственно стенки капилляров.
Электронно-микроскопические данные, накопленные за последнее время, свидетельствуют о том, что субмикроскопическое строение компонентов гистогемэтического барьера очень пластично (Bruns, Palade, 1968; В. А. Шахламов, 1971; Я. Л. Караганов, 1972; В. В. Куприянов с соавт., 1975; А. М. Чернух с соавт., 1975, и др.). Большая часть исследований в этом плане посвящена изучению эндотелиальных клеток, так как их состояние во многом определяет пути транспорта веществ. Набухание эндотелиальных клеток в стенке капилляров и изменение поверхности эндотелиоцитов, образование выпячиваний и складок плазмолеммы описано многими авторами (Bennett, 1969; О. В. Алексеев, А. М. Чернух, 1969; В. А. Шахламов, 1971; Я. Л. Караганов, 1973, и др.). Исследователи отмечают, что поверхность эндотелиальных клеток преобразуется при изменении метаболической органов. Одним из проявлений динамических свойств их поверхности является микропиноцитоз.
Величина и число микропиноцитозных везикул в эндотелиальных клетках капилляров в разных органах весьма различны. При сравнении пиноцитозной активности в эндотелии капилляров скелетных мышц и капилляров миокарда Bruns, Palade (1968), Casley-Smith (1972) обнаружили более высокий ее уровень в сердечной мышце. Т. А. Белоусова, В. А. Шахламов (1976) установили, что гиперфункция миокарда, следствием чего является его гипертрофия, сопровождается увеличением проницаемости гемато-тканевого барьера. А. В. Володина, О. М. Поздняков (1976) показали, что при непрямой электростимуляции диафрагмальной мышцы отмечается активация пиноцитоза. В. Б. Суслов (1978) также показал увеличение числа везикул в 1 мм3 цитоплазмы эндотелиоцитов при усилении трансорганного кровотока в скелетной мышце. Все эти данные дают основание предполагать, что в изменении сосудистой проницаемости и сопряженного с ней трансмурального транспорта веществ не последнюю роль играет состояние компонентов гистогематического барьера.
В настоящее время важное значение приобретает вопрос о соотношении трансорганной гемодинамики и проницаемости микро сосудов, так как оба эти процесса тесно связаны между собой. Как отмечает К. А. Шошснко (1975, 1978), такие характеристики, как время протекания крови по обменным микро сосудам и величина внутри капиллярного давления, непосредственно влияют на скорость трансмурального транспорта веществ, особенно низкомолекулярных соединений. Однако эти характеристики являются производными от таких параметров микроциркуляторного русла, как длина обменных сосудов, скорость кровотока, количество функционирующих микро сосудов и степень их дилятации. Elkin (1948), Кеty (1949), И. А. Ойвин (1968) считают, что переход веществ из крови в ткань зависит не от сосудистой проницаемости, а от состояния гемодинамики. Это, видимо, справедливо для тех механизмов, в основе которых лежит диффузия веществ через стенку сосудов.
Данных об изменении уровня трансмурального обмена веществ и сосудистой проницаемости при переходе органа от состояния покоя к активному функционированию, например от состояния покоя скелетных мышц к их сокращению, в литературе чрезвычайно мало. М. М. Громаковская (1973) установила, что при утомлении, вызванном длительным плаванием, в скелетных мышцах белых крыс увеличивается сосудистая проницаемость. С помощью радиоактивного индикатора Paaske (1977) обнаружил, что при увеличении плазмотока в икроножной мышце у кошки с 4 до 52 мл в 1 мин на 100 г веса мышцы диффузионная способность капилляров для гидрофильных молекул, равная произведению коэффициента проницаемости на площадь поверхности капилляров, возрастает в 3-3,5 раза.
Отсутствие точных данных о сопряженных изменениях микроциркуляторной гемодинамики и проницаемости микро сосудов не позволяет в настоящее время установить, в какой мере метаболизм органов при их функциональной активации зависит от проницаемости сосудов микроциркуляторного русла. Между тем этот вопрос, как будет показано дальше, имеет принципиальное значение для понимания тех изменений микроциркуляции крови, которые имеют место в скелетных мышцах при их сокращении.
