ریزگردش خون مسئول رساندن مواد مغذی به بافتها و برداشتن مواد دفعی سلولهاست. آرتریولهای کوچک جریان خون هر بافت را کنترل میکنند و شرایط موضعی در خود بافتها نیز به نوبهٔ خود قطر آرتریولها را تنظیم میکند. در بیشتر موارد، هر بافت جریان خون خود را بر اساس نیازهای اختصاصیاش کنترل میکند؛ موضوعی که در فصل ۱۷ بررسی خواهد شد.
دیوارهٔ مویرگها نازک است و از یک لایهٔ منفرد از سلولهای اندوتلیال با نفوذپذیری زیاد ساخته شده است. بنابراین آب، مواد غذایی سلولی و مواد دفعی سلولها میتوانند بهسرعت و با کارایی بالا میان بافتها و خون در گردش مبادله شوند.
گردش محیطی سراسر بدن حدود ۱۰ میلیارد مویرگ دارد که مساحت سطح کل آنها حدود ۵۰۰ تا ۷۰۰ m² برآورد میشود؛ یعنی تقریباً یکهشتم مساحت سطح یک زمین فوتبال. بهندرت پیش میآید که یک سلول عملکردی بدن بیش از ۲۰ تا ۳۰ μm از یک مویرگ فاصله داشته باشد.
ساختمان ریزگردش خون و دستگاه مویرگی
ریزگردش خون بهگونهای سازمان یافته است که نیازهای اختصاصی هر اندام را تأمین کند. بهطور کلی، هر شریان تغذیهای که وارد یک اندام میشود، پیش از آنکه شریانها آنقدر کوچک شوند که آرتریول نام بگیرند، حدود ۶ تا ۸ بار منشعب میشود. آرتریولها معمولاً فقط ۱۰ تا ۱۵ μm قطر داخلی دارند. سپس آرتریولها نیز ۲ تا ۵ بار منشعب میشوند و در انتهای خود به قطر ۵ تا ۹ μm میرسند؛ جایی که خون را به مویرگها میرسانند.
آرتریولها عضلانی هستند و قطر آنها میتواند به میزان قابلتوجهی تغییر کند. متآرتریولها، یعنی آرتریولهای انتهایی، پوشش عضلانی پیوسته ندارند؛ بلکه رشتههای عضلهٔ صاف در نقاطی با فاصلههای نامنظم به دور رگ حلقه میزنند، همانگونه که در شکل ۱۶-۱ نشان داده شده است.
در محل منشأ هر مویرگ حقیقی از متآرتریول، اغلب یک رشتهٔ عضلهٔ صاف به نام اسفنکتر پیشمویرگی دور مویرگ قرار میگیرد. این اسفنکتر میتواند ورودی مویرگ را باز یا بسته کند.
بسیاری از مویرگها، از جمله مویرگهای مغز و کلیه، دارای پریسیتهایی هستند که در فواصل مختلف در امتداد دیوارهٔ مویرگ به دور سلولهای اندوتلیال پیچیدهاند. با اینکه پریسیتها سلول عضلهٔ صاف نیستند، پروتئینهای انقباضی دارند و عواملی ترشح میکنند که به تنظیم رشد مویرگ و خونرسانی بافت کمک میکنند. در مغز، تراکم زیاد پریسیتها در اطراف مویرگها در حفظ سد خونی ـ مغزی نقش دارد؛ سدی که ورود پاتوژنها و مولکولهای بزرگ را به دستگاه عصبی مرکزی محدود میکند.
ونولها از آرتریولها بزرگترند و پوشش عضلانی آنها بسیار ضعیفتر است. بااینحال، فشار در ونولها بسیار کمتر از فشار آرتریولهاست؛ بنابراین حتی با وجود عضلهٔ ضعیف، ونولها همچنان میتوانند به میزان قابلتوجهی منقبض شوند.
این آرایش معمول بستر مویرگی در همهٔ بخشهای بدن وجود ندارد، هرچند آرایشهای مشابه میتوانند همان اهداف را تأمین کنند. نکتهٔ مهم این است که متآرتریولها و اسفنکترهای پیشمویرگی در تماس نزدیک با بافتهایی هستند که به آنها خونرسانی میکنند. بنابراین شرایط موضعی بافت، مانند غلظت مواد مغذی، فرآوردههای نهایی متابولیسم و یونهای هیدروژن، میتوانند مستقیماً بر این عروق اثر بگذارند و جریان خون موضعی هر ناحیهٔ کوچک بافتی را کنترل کنند.
ساختمان دیوارهٔ مویرگ
شکل ۱۶-۲ ساختمان فوقمیکروسکوپی سلولهای اندوتلیال معمول موجود در دیوارهٔ مویرگ را نشان میدهد؛ همان ساختمانی که در بیشتر بافتها و اندامهای بدن، بهویژه عضلات و بافت همبند، دیده میشود. توجه کنید که دیواره از یک لایهٔ تکسلولی از سلولهای اندوتلیال ساخته شده و در سطح خارجی مویرگ توسط یک غشای پایهٔ نازک احاطه شده است.
ضخامت کل دیوارهٔ مویرگ فقط حدود ۰٫۵ μm است. قطر داخلی مویرگ ۴ تا ۹ μm است؛ یعنی فقط بهاندازهای که گلبولهای قرمز و سایر سلولهای خونی بتوانند با فشردهشدن از آن عبور کنند.
منافذ غشای مویرگی
شکل ۱۶-۲ دو مسیر کوچک را نشان میدهد که داخل مویرگ را به خارج آن متصل میکنند. یکی از این مسیرها شکاف بینسلولی است؛ کانالی باریک، شکافمانند و پیچدار که میان سلولهای اندوتلیال مجاور قرار دارد.
هر شکاف در فواصل مختلف توسط برجستگیهای کوتاه اتصالات پروتئینی قطع میشود که سلولهای اندوتلیال را کنار یکدیگر نگه میدارند؛ اما میان این برجستگیها، مایع میتواند آزادانه از شکاف عبور کند. عرض شکاف معمولاً یکنواخت و حدود ۶ تا ۷ nm، یعنی ۶۰ تا ۷۰ Å است که اندکی از قطر یک مولکول پروتئین آلبومین کمتر است.
از آنجا که شکافهای بینسلولی فقط در لبههای سلولهای اندوتلیال قرار دارند، معمولاً بیش از ۱/۱۰۰۰ سطح کل دیوارهٔ مویرگ را تشکیل نمیدهند. بااینحال، سرعت حرکت گرمایی مولکولهای آب و نیز بیشتر یونهای محلول در آب و مواد محلول کوچک آنقدر زیاد است که همهٔ این مواد بهآسانی از طریق همین منافذ شکافمانند، یعنی شکافهای بینسلولی، میان داخل و خارج مویرگ منتشر میشوند.
سلولهای اندوتلیال دارای وزیکولهای بسیار ریز پلاسمالمال متعددی هستند که کاوئولا یا «غارهای کوچک» نیز نامیده میشوند. این وزیکولها از الیگومرهای پروتئینهایی به نام کاوئولین ساخته میشوند که با مولکولهای کلسترول و اسفنگولیپیدها همراهاند.
کاوئولاها در اندوسیتوز، یعنی فرایندی که سلول طی آن مواد خارج سلول را دربرمیگیرد، و در ترانسسیتوز ماکرومولکولها از عرض سلول اندوتلیال نقش دارند. کاوئولاهای سطح سلول، بستههای کوچک پلاسما یا مایع خارجسلولیِ حاوی پروتئینهای پلاسما را جذب میکنند. سپس این وزیکولها میتوانند بهآرامی درون سلول اندوتلیال حرکت کنند. بعضی از آنها ممکن است با یکدیگر ادغام شوند و کانالهای وزیکولیای تشکیل دهند که تمام ضخامت سلول اندوتلیال را طی میکنند، همانگونه که در شکل ۱۶-۲ نشان داده شده است.
انواع ویژهٔ منافذ مویرگی در بعضی اندامها
منافذ مویرگهای بعضی اندامها برای تأمین نیازهای اختصاصی آن اندامها ویژگیهای خاصی دارند. برخی از این ویژگیها عبارتاند از:
- مغز: اتصالات میان سلولهای اندوتلیال مویرگها عمدتاً از نوع اتصال محکم هستند و فقط به مولکولهای کوچک مانند آب، اکسیژن و دیاکسیدکربن اجازه میدهند آزادانه وارد بافت مغز شوند یا از آن خارج شوند.
- کبد: شکافهای میان سلولهای اندوتلیال مویرگی تقریباً کاملاً باز هستند؛ بنابراین تقریباً همهٔ مواد حلشدهٔ پلاسما، از جمله پروتئینهای پلاسما، میتوانند از خون وارد بافت کبد شوند.
- دستگاه گوارش: اندازهٔ شکافهای بینسلولی غشای مویرگهای گوارشی از نظر اندازه در حد واسط میان مویرگهای عضله و کبد قرار دارد.
- مویرگهای گلومرولی کلیه: تعداد زیادی پنجرهٔ کوچک بیضیشکل به نام فِنِسترا تمام ضخامت بخش میانی سلولهای اندوتلیال را سوراخ میکنند؛ بنابراین مقادیر زیادی از مواد با وزن مولکولی کم و مواد یونی، اما نه پروتئینهای بزرگ پلاسما، میتوانند بدون عبور از شکافهای بین سلولهای اندوتلیال از گلومرولها فیلتر شوند.
وازوموشن باعث جریان متناوب خون مویرگی میشود
خون معمولاً بهطور پیوسته در مویرگها جریان ندارد. در عوض، جریان مویرگی متناوب است و هر چند ثانیه یا چند دقیقه روشن و خاموش میشود. این متناوببودن جریان بهعلت انقباض متناوب متآرتریولها و اسفنکترهای پیشمویرگی، و گاهی حتی آرتریولهای بسیار کوچک، ایجاد میشود؛ پدیدهای که وازوموشن نام دارد.
تنظیم وازوموشن
مهمترین عاملی که تاکنون برای تعیین میزان باز و بستهشدن متآرتریولها و اسفنکترهای پیشمویرگی شناخته شده است، غلظت اکسیژن در بافتهاست.
هنگامی که میزان مصرف اکسیژن بافت زیاد باشد و غلظت اکسیژن بافت به کمتر از مقدار طبیعی کاهش یابد، دورههای جریان خون مویرگی با دفعات بیشتری رخ میدهند و مدت هر دورهٔ جریان نیز طولانیتر میشود. به این ترتیب خون مویرگی میتواند مقدار بیشتری اکسیژن و همچنین سایر مواد مغذی را به بافتها برساند. این اثر همراه با چندین عامل دیگر که جریان خون موضعی بافت را تنظیم میکنند، در فصل ۱۷ بررسی میشود.
عملکرد متوسط دستگاه مویرگی
با اینکه جریان خون در هر مویرگ بهصورت متناوب است، تعداد مویرگهای موجود در بافتها آنقدر زیاد است که عملکرد مجموع آنها بهصورت یک میانگین ظاهر میشود. یعنی در هر بستر مویرگی بافتی یک سرعت متوسط جریان خون، یک فشار متوسط مویرگی و یک سرعت متوسط انتقال مواد میان خون مویرگها و مایع بینابینی اطراف وجود دارد.
در ادامهٔ این فصل دربارهٔ همین مقادیر متوسط صحبت میکنیم، با اینکه در واقع این عملکردهای متوسط حاصل عملکرد میلیاردها مویرگ منفرد هستند که هرکدام بهصورت متناوب و در پاسخ به شرایط موضعی بافت فعالیت میکنند.
مبادلهٔ مواد میان خون و مایع بینابینی
انتشار از غشای مویرگی مهمترین راه انتقال مواد میان پلاسما و مایع بینابینی است
شکل ۱۶-۳ نشان میدهد که هنگام جریان خون در امتداد مجرای مویرگ، تعداد بسیار زیادی از مولکولهای آب و ذرات حلشده در دو جهت از دیوارهٔ مویرگ منتشر میشوند. این انتشار سریع باعث اختلاط مداوم مایع بینابینی و پلاسما میشود و مواد حلشده را بهسرعت در دسترس سلولها قرار میدهد.
الکترولیتها، مواد مغذی و فرآوردههای زائد متابولیسم سلولی همگی بهآسانی از غشای مویرگی منتشر میشوند. پروتئینها تنها اجزای حلشدهٔ موجود در پلاسما و مایع بینابینی هستند که بهراحتی از غشای مویرگی عبور نمیکنند.
مواد محلول در چربی مستقیماً از غشای سلولهای اندوتلیال مویرگ منتشر میشوند
مواد محلول در چربی مانند اکسیژن و دیاکسیدکربن میتوانند مستقیماً از غشای سلولی مویرگ عبور کنند و نیازی به عبور از منافذ ندارند. چون این مواد میتوانند از همهٔ بخشهای غشای مویرگی عبور کنند، سرعت انتقال آنها از غشای مویرگی چندین برابر بیشتر از مواد نامحلول در چربی مانند یون سدیم و گلوکز است که فقط میتوانند از منافذ عبور کنند.
مواد محلول در آب و نامحلول در چربی از منافذ بینسلولی غشای مویرگی منتشر میشوند
بسیاری از موادی که بافتها به آنها نیاز دارند در آب محلولاند اما نمیتوانند از غشای چربی سلولهای اندوتلیال عبور کنند؛ از جمله مولکولهای آب، یون سدیم، یون کلر و گلوکز.
با اینکه شکافهای بینسلولی سلولهای اندوتلیال فقط حدود ۱/۱۰۰۰ سطح مویرگها را تشکیل میدهند، سرعت حرکت گرمایی مولکولها در این شکافها آنقدر زیاد است که همین سطح اندک نیز امکان انتشار عظیم آب و مواد محلول در آب را از این منافذ فراهم میکند.
برای نشاندادن سرعت این انتشار کافی است بدانیم سرعت انتشار مولکولهای آب از غشای مویرگی حدود ۸۰ برابر سرعتی است که خود پلاسما بهصورت خطی در طول مویرگ جریان مییابد. یعنی آب پلاسما پیش از آنکه پلاسما تمام طول مویرگ را طی کند، حدود ۸۰ بار با آب مایع بینابینی مبادله میشود.
اثر اندازهٔ مولکول بر عبور از منافذ
عرض منافذ شکاف بینسلولی مویرگ، یعنی ۶ تا ۷ nm، حدود ۲۰ برابر قطر مولکول آب است که کوچکترین مولکولی است که بهطور معمول از منافذ مویرگ عبور میکند. بااینحال قطر مولکولهای پروتئین پلاسما کمی بیشتر از عرض این منافذ است.
مواد دیگری مانند یون سدیم، یون کلر، گلوکز و اوره قطرهایی بین این دو حد دارند. بنابراین نفوذپذیری منافذ مویرگی برای مواد مختلف بر اساس قطر مولکولی آنها تفاوت میکند.
| ماده | وزن مولکولی | نفوذپذیری نسبی |
|---|---|---|
| آب | ۱۸ | ۱٫۰۰ |
| NaCl | ۵۸٫۵ | ۰٫۹۶ |
| اوره | ۶۰ | ۰٫۸ |
| گلوکز | ۱۸۰ | ۰٫۶ |
| ساکاروز | ۳۴۲ | ۰٫۴ |
| اینولین | ۵۰۰۰ | ۰٫۲ |
| میوگلوبین | ۱۷٬۶۰۰ | ۰٫۰۳ |
| هموگلوبین | ۶۸٬۰۰۰ | ۰٫۰۱ |
| آلبومین | ۶۹٬۰۰۰ | ۰٫۰۰۱ |
جدول ۱۶-۱ نفوذپذیری نسبی منافذ مویرگ عضلهٔ اسکلتی را برای مواد مختلف نشان میدهد. برای مثال، نفوذپذیری برای مولکول گلوکز حدود ۰٫۶ برابر نفوذپذیری برای مولکول آب است، درحالیکه نفوذپذیری برای آلبومین بسیار اندک و فقط حدود ۱/۱۰۰۰ نفوذپذیری آب است.
نفوذپذیری مویرگها در بافتهای مختلف تفاوتهای بسیار زیادی دارد
غشای سینوزوئیدهای مویرگی کبد آنقدر نفوذپذیر است که حتی پروتئینهای پلاسما تقریباً بهآسانی آب و سایر مواد از دیوارهٔ آن عبور میکنند.
همچنین نفوذپذیری غشای گلومرولی کلیه برای آب و الکترولیتها حدود ۵۰۰ برابر نفوذپذیری مویرگهای عضله است؛ اما این موضوع دربارهٔ پروتئینهای پلاسما صدق نمیکند و نفوذپذیری مویرگهای گلومرولی برای این پروتئینها نیز مانند سایر بافتها و اندامها بسیار کم است.
هنگامی که در بخشهای بعدی کتاب اندامهای مختلف را بررسی کنیم، روشن خواهد شد که چرا بعضی بافتها به درجات بیشتری از نفوذپذیری مویرگی نیاز دارند. برای مثال، کبد برای جابهجایی مقادیر زیادی مواد مغذی میان خون و سلولهای پارانشیم کبد به نفوذپذیری بالای مویرگی نیاز دارد و کلیه نیز برای فیلترکردن حجم زیادی مایع و تشکیل ادرار به نفوذپذیری بالا نیازمند است.
انتشار از غشای مویرگی با اختلاف غلظت در دو سوی غشا متناسب است
هرچه اختلاف غلظت یک مادهٔ مشخص در دو سوی غشای مویرگ بیشتر باشد، حرکت خالص آن ماده در یک جهت از غشا بیشتر خواهد بود.
برای مثال، غلظت اکسیژن در خون مویرگی بهطور طبیعی از غلظت آن در مایع بینابینی بیشتر است؛ بنابراین مقدار زیادی اکسیژن بهطور طبیعی از خون به سمت بافتها حرکت میکند. برعکس، غلظت دیاکسیدکربن در بافتها بیشتر از خون است و در نتیجه دیاکسیدکربن اضافی وارد خون میشود و از بافتها دور میگردد.
سرعت انتشار بیشتر مواد مهم تغذیهای از غشای مویرگی آنقدر زیاد است که حتی اختلاف غلظتهای اندک نیز انتقالی بیش از مقدار کافی میان پلاسما و مایع بینابینی ایجاد میکنند.
برای نمونه، غلظت اکسیژن در مایع بینابینی درست در خارج مویرگ فقط چند درصد کمتر از غلظت آن در پلاسمای خون است؛ بااینحال همین اختلاف کم باعث میشود اکسیژن کافی از خون وارد فضای بینابینی شود تا تمام اکسیژن مورد نیاز متابولیسم بافتی تأمین شود؛ مقداری که در شرایط فعالیت بسیار شدید بدن میتواند به چندین لیتر اکسیژن در دقیقه برسد.
فضای بینابینی و مایع بینابینی
حدود یکششم حجم کل بدن از فضاهای میان سلولها تشکیل شده است که در مجموع فضای بینابینی نامیده میشوند. مایع موجود در این فضاها مایع بینابینی نام دارد.
ساختمان فضای بینابینی در شکل ۱۶-۴ نشان داده شده است. این فضا دارای دو نوع عمده ساختار جامد است: ۱) دستههای الیاف کلاژن؛ و ۲) رشتههای پروتئوگلیکان.
دستههای الیاف کلاژن در فاصلههای طولانی در فضای بینابینی امتداد دارند. این الیاف بسیار محکماند و بخش عمدهٔ استحکام کششی بافتها را فراهم میکنند.
در مقابل، رشتههای پروتئوگلیکان مولکولهایی بسیار نازک، مارپیچی یا پیچخورده هستند که حدود ۹۸٪ اسید هیالورونیک و ۲٪ پروتئین دارند. این مولکولها آنقدر نازکاند که با میکروسکوپ نوری دیده نمیشوند و حتی با میکروسکوپ الکترونی نیز بهسختی قابل مشاهدهاند. بااینحال، شبکهای از رشتههای بسیار ظریف و رتیکولار ایجاد میکنند که بهدرستی میتوان آن را به تودهای شبیه برس تشبیه کرد.
ژل فضای بینابینی ترکیبی از رشتههای پروتئوگلیکان و مایع بهدامافتاده است
مایع فضای بینابینی از راه فیلتراسیون و انتشار از مویرگها به وجود میآید. ترکیبات آن تقریباً مشابه پلاسماست، با این تفاوت که غلظت پروتئینها در آن بسیار کمتر است، زیرا پروتئینها بهآسانی نمیتوانند از منافذ مویرگها به بیرون عبور کنند.
مایع بینابینی عمدتاً در فضاهای بسیار کوچک میان رشتههای پروتئوگلیکان به دام افتاده است. ترکیب رشتههای پروتئوگلیکان با مایع محبوس در میان آنها ویژگیهای یک ژل را دارد و به همین دلیل ژل بافتی نامیده میشود.
بهدلیل تعداد زیاد رشتههای پروتئوگلیکان، حرکت آزادانهٔ مایع در ژل بافتی دشوار است. در عوض، مایع عمدتاً درون ژل منتشر میشود؛ یعنی مولکول به مولکول و بر اثر حرکت حرارتی جنبشی از نقطهای به نقطهٔ دیگر حرکت میکند، نه اینکه تعداد زیادی مولکول با هم به شکل جریان تودهای حرکت کنند.
انتشار در ژل حدود ۹۵ تا ۹۹٪ به سرعت انتشار در مایع آزاد انجام میشود
در فاصلههای کوتاه میان مویرگها و سلولهای بافتی، این انتشار امکان انتقال سریع نهتنها مولکولهای آب، بلکه موادی مانند الکترولیتها، مواد مغذی با وزن مولکولی پایین، مواد دفعی سلولها، اکسیژن و دیاکسیدکربن را در فضای بینابینی فراهم میکند.
مقادیر اندکی مایع آزاد بهطور طبیعی در فضای بینابینی وجود دارد
با اینکه تقریباً تمام مایع فضای بینابینی بهطور طبیعی در ژل بافتی به دام افتاده است، گاهی جویبارهای کوچک مایع آزاد و وزیکولهای کوچک مایع آزاد نیز وجود دارند؛ یعنی مایعی که از مولکولهای پروتئوگلیکان آزاد است و بنابراین میتواند آزادانه جریان پیدا کند.
وقتی مادهٔ رنگی به خون در گردش تزریق شود، اغلب میتوان مشاهده کرد که از میان فضای بینابینی در این جویبارهای کوچک حرکت میکند؛ معمولاً در امتداد سطح الیاف کلاژن یا سطح سلولها.
مقدار مایع آزاد در بیشتر بافتهای طبیعی بسیار اندک و معمولاً کمتر از ۱٪ است. برعکس، هنگامی که بافتها دچار ادم میشوند، این حفرهها و جویبارهای کوچک مایع آزاد بهشدت گسترش پیدا میکنند تا جایی که نصف یا بیشتر مایع ادم میتواند بهصورت مایع آزاد و مستقل از رشتههای پروتئوگلیکان درآید.
فیلتراسیون مایع از عرض مویرگها
فشار هیدروستاتیک داخل مویرگ تمایل دارد مایع و مواد حلشدهٔ آن را از طریق منافذ مویرگی به فضای بینابینی براند. در مقابل، فشار اسمزی ناشی از پروتئینهای پلاسما که فشار اسمزی کلوئیدی نام دارد، تمایل دارد با اسمز، مایع را از فضای بینابینی به داخل خون بکشد.
این فشار اسمزی ناشی از پروتئینهای پلاسما بهطور طبیعی از ازدسترفتن قابلتوجه حجم مایع خون به فضای بینابینی جلوگیری میکند.
دستگاه لنفاوی نیز اهمیت زیادی دارد؛ زیرا مقادیر اندک پروتئین و مایع اضافی را که از خون به فضای بینابینی نشت میکنند دوباره به گردش خون بازمیگرداند. در ادامهٔ فصل، سازوکارهایی بررسی میشوند که با کنترل فیلتراسیون مویرگی و جریان لنف، حجم نسبی پلاسما و مایع بینابینی را تنظیم میکنند.
نیروهای هیدروستاتیک و اسمزی کلوئیدی حرکت مایع از غشای مویرگی را تعیین میکنند
شکل ۱۶-۵ چهار نیروی اصلی را نشان میدهد که تعیین میکنند مایع از خون به مایع بینابینی حرکت کند یا در جهت عکس. این نیروها که نیروهای استارلینگ نام دارند، به افتخار فیزیولوژیست ارنست استارلینگ نامگذاری شدهاند که نخستین بار اهمیت آنها را نشان داد.
- فشار هیدروستاتیک مویرگی (Pc): تمایل دارد مایع را از غشای مویرگی به سمت خارج براند.
- فشار هیدروستاتیک مایع بینابینی (Pif): هنگامی که مثبت باشد تمایل دارد مایع را از بیرون به داخل مویرگ براند، اما هنگامی که منفی باشد مایع را به سمت خارج مویرگ میکشد.
- فشار اسمزی کلوئیدی پلاسمای مویرگی (Πp): تمایل دارد مایع را بهصورت اسمزی از غشای مویرگ به سمت داخل بکشد.
- فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی (Πif): تمایل دارد مایع را بهصورت اسمزی از غشای مویرگ به سمت خارج بکشد.
اگر مجموع این نیروها، یعنی فشار خالص فیلتراسیون، مثبت باشد، فیلتراسیون خالص مایع از مویرگها به بیرون رخ میدهد. اگر مجموع نیروهای استارلینگ منفی باشد، جذب خالص مایع از فضای بینابینی به داخل مویرگها رخ خواهد داد.
همانگونه که در ادامه توضیح داده میشود، فشار خالص فیلتراسیون در شرایط طبیعی اندکی مثبت است؛ بنابراین در بیشتر اندامها مقدار کمی فیلتراسیون خالص مایع از مویرگها به فضای بینابینی رخ میدهد.
سرعت فیلتراسیون مایع در یک بافت همچنین به تعداد و اندازهٔ منافذ هر مویرگ و نیز تعداد مویرگهایی که خون در آنها جریان دارد بستگی دارد. این عوامل معمولاً با یکدیگر در قالب ضریب فیلتراسیون مویرگی (Kf) بیان میشوند.
بنابراین Kf شاخصی از ظرفیت غشای مویرگی برای فیلترکردن آب در یک فشار خالص فیلتراسیون مشخص است و معمولاً با واحد mL/min per mm Hg NFP بیان میشود.
در بخشهای بعد، هر یک از نیروهایی که سرعت فیلتراسیون مایع مویرگی را تعیین میکنند جداگانه بررسی میشوند.
فشار هیدروستاتیک مویرگی
روشهای مختلفی برای برآورد فشار هیدروستاتیک مویرگی به کار رفتهاند. از جمله: ۱) کانولاسیون مستقیم مویرگ با میکروپیپت که در بعضی بافتها مانند عضلهٔ اسکلتی و روده، فشار متوسط مویرگی حدود ۲۵ mm Hg را نشان میدهد؛ و ۲) اندازهگیری عملکردی غیرمستقیم فشار مویرگی که در همین بافتها بهطور متوسط فشاری حدود ۱۷ mm Hg به دست میدهد.
با استفاده از پیپتهای شیشهای میکروسکوپی که مستقیماً داخل مویرگها قرار داده میشوند، فشار مویرگی در بافتهای در معرض دید حیوانات آزمایشگاهی و نیز در حلقههای مویرگی بزرگ اپونیشیوم در قاعدهٔ ناخن انسان اندازهگیری شده است. این اندازهگیریها فشارهایی حدود ۳۰ تا ۴۰ mm Hg در انتهای شریانی مویرگها، ۱۰ تا ۱۵ mm Hg در انتهای وریدی و حدود ۲۵ mm Hg در بخش میانی نشان دادهاند.
در بعضی مویرگها، مانند مویرگهای گلومرولی کلیه، فشارهای اندازهگیریشده بسیار بالاترند و بهطور متوسط حدود ۶۰ mm Hg هستند. در مقابل، فشار هیدروستاتیک مویرگهای پیرامونلولهای کلیه بهطور متوسط فقط حدود ۱۳ mm Hg است.
بنابراین فشار هیدروستاتیک مویرگی در بافتهای مختلف بسیار متفاوت است و به نوع بافت و شرایط فیزیولوژیک آن بستگی دارد.
فشار هیدروستاتیک مایع بینابینی
روشهای متعددی برای اندازهگیری فشار هیدروستاتیک مایع بینابینی وجود دارد و هر روش، بسته به بافت و شیوهٔ اندازهگیری، مقادیر کمی متفاوت به دست میدهد.
در بافت زیرجلدی شل، فشار مایع بینابینی که با روشهای مختلف اندازهگیری میشود معمولاً چند میلیمتر جیوه کمتر از فشار اتمسفر است؛ بنابراین این مقادیر را فشار بینابینی منفی مینامند.
در مقابل، در بافتهایی که توسط کپسول احاطه شدهاند، مانند کلیه، فشار بینابینی عموماً مثبت است، یعنی از فشار اتمسفر بیشتر است.
رایجترین روشها برای اندازهگیری فشار بینابینی عبارتاند از: ۱) اندازهگیری فشار با میکروپیپتی که داخل بافت قرار داده شده است؛ ۲) اندازهگیری فشار از کپسولهای سوراخدار کاشتهشده؛ و ۳) اندازهگیری فشار از فتیلهٔ پنبهای قرارگرفته در بافت. این روشهای مختلف حتی در یک بافت واحد نیز مقادیر متفاوتی برای فشار هیدروستاتیک بینابینی ارائه میکنند.
اندازهگیری فشار مایع بینابینی با میکروپیپت
همان نوع میکروپیپتی که برای اندازهگیری فشار مویرگی استفاده میشود، میتواند در برخی بافتها برای اندازهگیری فشار مایع بینابینی نیز به کار رود. قطر نوک میکروپیپت حدود ۱ μm است، اما حتی همین اندازه نیز ۲۰ برابر یا بیشتر از فاصلهٔ میان رشتههای پروتئوگلیکان فضای بینابینی است. بنابراین فشاری که اندازهگیری میشود احتمالاً فشار موجود در یک حفرهٔ کوچک مایع آزاد است.
فشارهایی که با روش میکروپیپت در بافتهای شل مانند پوست اندازهگیری شدهاند، از ۲- تا ۲+ mm Hg متغیرند، اما در بیشتر موارد بهطور متوسط اندکی کمتر از فشار اتمسفر هستند.
اندازهگیری فشار مایع آزاد بینابینی با کپسولهای سوراخدار توخالی کاشتهشده
فشار مایع آزاد بینابینی که با کپسولهای دارای قطر ۲ cm در بافت زیرجلدی شل طبیعی اندازهگیری میشود، بهطور متوسط حدود ۶- mm Hg است. با کپسولهای کوچکتر، مقادیر تفاوت زیادی با مقدار ۲- mm Hg بهدستآمده از میکروپیپت ندارند.
با اینکه روشهای مختلف مقادیر کمی متفاوت برای فشار مایع بینابینی میدهند، فشار مایع بینابینی در بافت زیرجلدی شل در شرایط طبیعی بهطور متوسط حدود ۳- mm Hg است.
فشار مایع بینابینی در بافتهایی که محکم در محفظه قرار گرفتهاند
بعضی بافتهای بدن در پوششهای محکمی قرار دارند؛ مانند جمجمه در اطراف مغز، کپسول فیبری محکم پیرامون کلیه، غلافهای فیبری دور عضلات و صلبیه در اطراف چشم.
در بیشتر این بافتها، بدون توجه به روش اندازهگیری، فشار مایع بینابینی مثبت است. بااینحال این فشار تقریباً همیشه از فشاری که پوشش خارجی بر سطح بافت وارد میکند کمتر است.
برای مثال، فشار مایع مغزینخاعی اطراف مغز در حیوانی که به پهلو خوابیده است بهطور متوسط حدود ۱۰+ mm Hg است، درحالیکه فشار مایع بینابینی مغز بهطور متوسط حدود ۴+ تا ۶+ mm Hg است.
در کلیهها، فشار کپسولی اطراف کلیه بهطور متوسط حدود ۱۳+ mm Hg است، درحالیکه فشار مایع بینابینی کلیه حدود ۶+ mm Hg است.
بنابراین اگر به یاد داشته باشیم که فشار واردشده بر پوست، یعنی فشار اتمسفر، برابر صفر در نظر گرفته میشود، میتوان یک قاعدهٔ کلی بیان کرد: فشار طبیعی مایع بینابینی معمولاً چند میلیمتر جیوه از فشاری که هر بافت را از بیرون احاطه کرده است کمتر است.
در بیشتر حفرههای طبیعی بدن که مایع آزاد با مایعات بینابینی اطراف در تعادل پویا قرار دارد، فشار اندازهگیریشده منفی است. برخی از این حفرهها و مقادیر فشار عبارتاند از:
- فضای داخل پلور: ۸- mm Hg
- فضاهای سینوویال مفاصل: ۴- تا ۶- mm Hg
- فضای اپیدورال: ۴- تا ۶- mm Hg
پمپاژ دستگاه لنفاوی علت اصلی فشار منفی مایع بینابینی است
دستگاه لنفاوی در ادامهٔ این فصل بررسی میشود، اما ابتدا باید نقش پایهای آن را در تعیین فشار مایع بینابینی بشناسیم.
دستگاه لنفاوی مایع اضافی، مولکولهای پروتئینی اضافی، بقایای سلولی و سایر مواد را از فضاهای بافتی خارج میکند. بهطور طبیعی، هنگامی که مایع وارد مویرگهای لنفاوی انتهایی میشود، دیوارهٔ رگ لنفاوی برای چند ثانیه بهطور خودکار منقبض میشود و مایع را به داخل گردش خون پمپ میکند.
مجموع این فرایند، فشار منفی خفیفی را ایجاد میکند که برای مایع موجود در فضاهای بینابینی اندازهگیری شده است.
فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما
پروتئینهای پلاسما فشار اسمزی کلوئیدی ایجاد میکنند
همانگونه که در فصل ۴ توضیح داده شد، فقط مولکولها یا یونهایی که نمیتوانند از منافذ یک غشای نیمهتراوا عبور کنند، فشار اسمزی ایجاد میکنند.
از آنجا که پروتئینها تنها اجزای حلشدهٔ پلاسما و مایع بینابینی هستند که بهراحتی از منافذ مویرگی عبور نمیکنند، پروتئینهای پلاسما و مایع بینابینی مسئول ایجاد فشار اسمزی در دو طرف غشای مویرگی هستند.
برای تمایز این فشار اسمزی از فشار اسمزیای که در غشای سلولی رخ میدهد، آن را فشار اسمزی کلوئیدی یا فشار انکوتیک مینامند. اصطلاح فشار اسمزی کلوئیدی از این واقعیت گرفته شده که محلول پروتئینی شبیه یک محلول کلوئیدی است، هرچند در واقع یک محلول مولکولی حقیقی است.
مقادیر طبیعی فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما
فشار اسمزی کلوئیدی پلاسمای طبیعی انسان بهطور متوسط حدود ۲۸ mm Hg است. حدود ۱۹ mm Hg از این فشار ناشی از اثر مولکولی پروتئینهای حلشده و حدود ۹ mm Hg ناشی از اثر دونان است؛ یعنی فشار اسمزی اضافی ناشی از سدیم، پتاسیم و سایر کاتیونهایی که به پروتئینهای پلاسما متصلاند.
اثر انواع مختلف پروتئینهای پلاسما بر فشار اسمزی کلوئیدی
پروتئینهای پلاسما مخلوطی از آلبومین، گلوبولینها و فیبرینوژن هستند که وزن مولکولی متوسط آنها بهترتیب حدود ۶۹٬۰۰۰، ۱۴۰٬۰۰۰ و ۴۰۰٬۰۰۰ است.
بنابراین یک گرم گلوبولین فقط حدود نصف تعداد مولکولهای موجود در یک گرم آلبومین را دارد و یک گرم فیبرینوژن فقط حدود یکششم تعداد مولکولهای یک گرم آلبومین را دارد.
همانگونه که در فصل ۴ توضیح داده شد، فشار اسمزی بر اساس تعداد مولکولهای حلشده در یک مایع تعیین میشود، نه بر اساس جرم آن مولکولها.
| پروتئین پلاسما | غلظت (g/dL) | سهم در Πp (mm Hg) |
|---|---|---|
| آلبومین | ۴٫۵ | ۲۱٫۸ |
| گلوبولینها | ۲٫۵ | ۶٫۰ |
| فیبرینوژن | ۰٫۳ | ۰٫۲ |
| مجموع | ۷٫۳ | ۲۸٫۰ |
این مقادیر اثر دونان یونهای متصل به پروتئینهای پلاسما را نیز در بر میگیرند.
بنابراین در حالت طبیعی حدود ۸۰٪ فشار اسمزی کلوئیدی کل پلاسما ناشی از آلبومین، حدود ۲۰٪ ناشی از گلوبولینها و تقریباً هیچ بخشی ناشی از فیبرینوژن است. بنابراین از دیدگاه دینامیک مایع مویرگی و بافتی، مهمترین پروتئین آلبومین است.
فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی
اگرچه اندازهٔ منفذ معمول مویرگ از اندازهٔ مولکولهای پروتئین پلاسما کوچکتر است، این موضوع دربارهٔ همهٔ منافذ صدق نمیکند. بنابراین مقدار کمی از پروتئینهای پلاسما میتوانند از راه منافذ و نیز با ترانسسیتوز در وزیکولهای کوچک به فضای بینابینی نشت کنند.
مقدار کل پروتئین موجود در تمام ۱۱ تا ۱۲ لیتر مایع بینابینی بدن اندکی بیشتر از مقدار کل پروتئین موجود در پلاسماست؛ اما چون حجم مایع بینابینی تقریباً چهار برابر حجم پلاسماست، غلظت متوسط پروتئین مایع بینابینی بیشتر بافتها معمولاً فقط حدود ۴۰٪ غلظت پروتئین پلاسما، یعنی تقریباً ۳ g/dL است.
از نظر کمی، فشار اسمزی کلوئیدی متوسط مایع بینابینی برای این غلظت پروتئین حدود ۸ mm Hg است.
در بعضی بافتها مانند کلیهها، فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی بهطور قابلتوجهی بالاتر و بهطور متوسط حدود ۱۵ mm Hg است؛ علت آن نفوذپذیری بیشتر مویرگها برای پروتئینهای پلاسماست.
مبادلهٔ حجم مایع از غشای مویرگی
اکنون که عوامل مختلف مؤثر بر حرکت مایع از غشای مویرگ بررسی شدند، میتوان این عوامل را کنار یکدیگر قرار داد تا مشخص شود دستگاه مویرگی چگونه توزیع طبیعی حجم مایع میان پلاسما و مایع بینابینی را حفظ میکند.
فشار متوسط مویرگی در انتهای شریانی مویرگها حدود ۱۵ تا ۲۵ mm Hg بیشتر از انتهای وریدی آنهاست. به دلیل این اختلاف، مایع در انتهای شریانی مویرگها به خارج فیلتر میشود، اما در انتهای وریدی دوباره به داخل مویرگها بازجذب میشود، همانگونه که در شکل ۱۶-۳ دیده شد.
بنابراین مقدار کمی مایع عملاً از انتهای شریانی مویرگها به سمت انتهای وریدی از میان بافت «جریان» پیدا میکند.
تحلیل نیروهایی که در انتهای شریانی مویرگ موجب فیلتراسیون میشوند
نیروهای متوسط تقریبیای که در انتهای شریانی مویرگ برای حرکت مایع از غشای مویرگی عمل میکنند به شکل زیر هستند:
| نیروهای انتهای شریانی | mm Hg |
|---|---|
| نیروهای متمایل به حرکت مایع به خارج | |
| فشار هیدروستاتیک مویرگی در انتهای شریانی | ۳۰ |
| فشار هیدروستاتیک منفی مایع بینابینی | ۳ |
| فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی | ۸ |
| مجموع نیروی رو به خارج | ۴۱ |
| نیروهای متمایل به حرکت مایع به داخل | |
| فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما | ۲۸ |
| مجموع نیروی رو به داخل | ۲۸ |
| نیروی خالص رو به خارج در انتهای شریانی | ۱۳ |
بنابراین جمع نیروها در انتهای شریانی مویرگ، فشار خالص فیلتراسیون ۱۳ mm Hg را نشان میدهد که تمایل دارد مایع را از منافذ مویرگی به بیرون براند.
این فشار فیلتراسیون ۱۳ میلیمتر جیوه باعث میشود بهطور متوسط حدود ۰٫۵٪ از پلاسمای موجود در خونِ در حال جریان، هر بار که خون از مویرگها عبور میکند، در انتهای شریانی مویرگها به فضای بینابینی فیلتر شود.
تحلیل بازجذب در انتهای وریدی مویرگ
فشار خون پایین در انتهای وریدی مویرگ تعادل نیروها را به نفع جذب تغییر میدهد:
| نیروهای انتهای وریدی | mm Hg |
|---|---|
| نیروهای متمایل به حرکت مایع به داخل | |
| فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما | ۲۸ |
| مجموع نیروی رو به داخل | ۲۸ |
| نیروهای متمایل به حرکت مایع به خارج | |
| فشار هیدروستاتیک مویرگی در انتهای وریدی | ۱۰ |
| فشار هیدروستاتیک منفی مایع بینابینی | ۳ |
| فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی | ۸ |
| مجموع نیروی رو به خارج | ۲۱ |
| نیروی خالص رو به داخل | ۷ |
بنابراین در انتهای وریدی مویرگها فشار خالص بازجذب ۷ mm Hg وجود دارد. این فشار بازجذب از فشار فیلتراسیون در انتهای شریانی مویرگها بهطور قابلتوجهی کمتر است، اما باید به یاد داشت که مویرگهای وریدی تعداد بیشتری دارند و نفوذپذیرتر از مویرگهای شریانی هستند؛ بنابراین برای حرکت مایع به داخل، فشار بازجذب کمتری لازم است.
فشار بازجذب باعث میشود حدود ۹۰٪ مایعی که از انتهای شریانی مویرگها فیلتر شده است، در انتهای وریدی دوباره جذب شود. ۱۰٪ باقیمانده وارد عروق لنفاوی میشود و به خون در گردش بازمیگردد.
تعادل استارلینگ در مبادلهٔ مویرگی
ارنست استارلینگ بیش از یک قرن پیش بیان کرد که در شرایط طبیعی، در بیشتر مویرگها حالتی نزدیک به تعادل وجود دارد. یعنی مقدار مایعی که از انتهای شریانی مویرگها به بیرون فیلتر میشود تقریباً دقیقاً با مایعی که از راه جذب به گردش خون بازمیگردد برابر است.
عدم تعادل جزئیای که وجود دارد، همان مایعی را تشکیل میدهد که در نهایت از طریق دستگاه لنفاوی به گردش خون برگردانده میشود.
در جدول زیر، برای محاسبهٔ فشار عملکردی متوسط مویرگی در تمام طول مویرگ، فشارهای مویرگهای شریانی و وریدی با یکدیگر میانگین گرفته شدهاند. این فشار عملکردی متوسط مویرگی برابر ۱۷٫۳ mm Hg محاسبه میشود.
| نیروهای متوسط استارلینگ | mm Hg |
|---|---|
| نیروهای متوسط متمایل به حرکت مایع به خارج | |
| فشار متوسط مویرگی | ۱۷٫۳ |
| فشار هیدروستاتیک منفی مایع بینابینی | ۳٫۰ |
| فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی | ۸٫۰ |
| مجموع نیروی رو به خارج | ۲۸٫۳ |
| نیروهای متوسط متمایل به حرکت مایع به داخل | |
| فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما | ۲۸٫۰ |
| مجموع نیروی رو به داخل | ۲۸٫۰ |
| نیروی خالص رو به خارج | ۰٫۳ |
بنابراین در کل گردش مویرگی، میان مجموع نیروهای رو به خارج، یعنی ۲۸٫۳ mm Hg، و مجموع نیروی رو به داخل، یعنی ۲۸٫۰ mm Hg، تقریباً تعادل وجود دارد.
این عدم تعادل کوچک، یعنی ۰٫۳ mm Hg، باعث میشود مقدار فیلتراسیون مایع به فضای بینابینی اندکی بیشتر از بازجذب باشد. این مقدار اندکِ اضافیِ فیلتراسیون فیلتراسیون خالص نام دارد و همان مایعی است که باید از طریق دستگاه لنفاوی به گردش خون بازگردانده شود.
سرعت طبیعی فیلتراسیون خالص در کل بدن، بدون احتساب کلیهها، فقط حدود ۲ mL/min است.
ضریب فیلتراسیون مویرگی
در مثال قبلی، عدم تعادل متوسط خالص نیروها در غشای مویرگی به اندازهٔ ۰٫۳ mm Hg باعث فیلتراسیون خالص مایع در کل بدن با سرعت ۲ mL/min میشود.
اگر سرعت فیلتراسیون خالص را به ازای هر یک میلیمتر جیوه عدم تعادل بیان کنیم، مقدار ۶٫۶۷ mL/min per mm Hg برای کل بدن به دست میآید. این مقدار ضریب فیلتراسیون مویرگی کل بدن نام دارد.
ضریب فیلتراسیون را میتوان برای بخشهای جداگانهٔ بدن نیز بر اساس سرعت فیلتراسیون در دقیقه به ازای هر میلیمتر جیوه و به ازای هر ۱۰۰ g بافت بیان کرد.
بر این اساس، ضریب فیلتراسیون مویرگی یک بافت متوسط حدود ۰٫۰۱ mL/min per mm Hg per 100 g بافت است.
بااینحال، به دلیل تفاوتهای بسیار زیاد در نفوذپذیری و مساحت سطح دستگاههای مویرگی بافتهای مختلف، این ضریب در میان بافتها بیش از ۱۰۰ برابر تفاوت دارد.
این ضریب در مغز و عضله بسیار کم، در بافت زیرجلدی نسبتاً بیشتر، در روده زیاد و در کبد و گلومرولهای کلیه بسیار زیاد است؛ زیرا سطح مویرگی در آنها بزرگ است و منافذ متعدد یا کاملاً باز هستند.
به همین ترتیب، عبور پروتئینها از غشای مویرگ نیز در بافتهای مختلف تفاوت زیادی دارد. غلظت پروتئین در مایع بینابینی عضلات حدود ۱٫۵ g/dL، در بافت زیرجلدی ۲ g/dL، در روده ۴ g/dL و در کبد ۶ g/dL است.
اثر عدم تعادل غیرطبیعی نیروها در غشای مویرگ
اگر فشار متوسط مویرگی بهطور قابلتوجهی از مقدار متوسط ۱۷ mm Hg بالاتر رود، نیروی خالصی که تمایل دارد مایع را به فضای بافتی فیلتر کند افزایش پیدا میکند.
برای مثال، افزایش ۲۰ mm Hg در فشار متوسط مویرگی، فشار خالص فیلتراسیون را از ۰٫۳ به ۲۰٫۳ mm Hg افزایش میدهد؛ در نتیجه میزان فیلتراسیون خالص مایع به فضای بینابینی به ۶۸ برابر مقدار طبیعی میرسد.
برای جلوگیری از تجمع مایع اضافی در این فضاها، لازم است جریان مایع به داخل دستگاه لنفاوی نیز به ۶۸ برابر مقدار طبیعی برسد؛ اما این مقدار حدود ۲ تا ۵ برابر بیشتر از ظرفیت انتقال دستگاه لنفاوی است.
در نتیجه مایع در فضای بینابینی تجمع پیدا میکند و ادم ایجاد میشود.
برعکس، اگر فشار مویرگی بسیار پایین بیاید، بهجای فیلتراسیون خالص، بازجذب خالص مایع به داخل مویرگها رخ میدهد و حجم خون به قیمت کاهش حجم مایع بینابینی افزایش پیدا میکند.
اثرات عدم تعادل نیروهای غشای مویرگی در ارتباط با ایجاد ادم در فصل ۲۵ بررسی میشوند.
دستگاه لنفاوی
دستگاه لنفاوی مسیر کمکیای را فراهم میکند که از طریق آن مایع میتواند از فضاهای بینابینی وارد خون شود.
مهمتر از همه، عروق لنفاوی میتوانند پروتئینها و ذرات بزرگ را از فضای بافتی خارج کنند؛ موادی که با جذب مستقیم به داخل مویرگهای خونی قابل برداشت نیستند.
بازگرداندن پروتئینها از فضای بینابینی به خون یکی از عملکردهای حیاتی دستگاه لنفاوی است؛ بهطوریکه بدون آن، انسان تقریباً ظرف ۲۴ ساعت جان خود را از دست میدهد.
مجاری لنفاوی بدن
تقریباً همهٔ بافتهای بدن دارای مجاری لنفاوی ویژهای هستند که مایع اضافی را مستقیماً از فضاهای بینابینی تخلیه میکنند، همانگونه که در شکل ۱۶-۶ نشان داده شده است.
استثناها شامل بخشهای سطحی پوست، اندومیسیوم عضلات و استخوانها هستند. بااینحال حتی این بافتها نیز کانالهای بینابینی بسیار کوچکی به نام پیشلنفاتیک دارند که مایع بینابینی میتواند از آنها عبور کند و در نهایت به عروق لنفاوی تخلیه شود.
عروق لنفاوی و پاکسازی مولکولهای بزرگ از دستگاه عصبی مرکزی
در دستگاه عصبی مرکزی، عروق لنفاوی حقیقی فقط در مننژها، یعنی پردههایی که مغز و نخاع را میپوشانند و محافظت میکنند، یافت شدهاند؛ همانگونه که در شکل ۱۶-۷ نشان داده شده است.
بااینحال، سازوکار احتمالی دیگری نیز وجود دارد که میتواند توضیح دهد بافت عمقی مغز چگونه مولکولهای بزرگ و مواد زائد را از مایع بینابینی پاک میکند. این سازوکار دستگاه گلیال ـ لنفاوی یا گلیمفاتیک نام دارد.
مایع مغزینخاعی، که در فصل ۶۲ بررسی میشود، وارد فضاهای کوچک پیرامون عروقی میشود که توسط سلولهای گلیال در اطراف عروق خونی مغز تشکیل شدهاند.
این فضاها کانالهایی تشکیل میدهند که اجازه میدهند مایع مغزینخاعی در امتداد فضاهای پیرامونشریانی به پارانشیم مغز جریان پیدا کند و سپس از مسیر پیرامونوریدی خارج شود. در این جریان، مایع بینابینی و مواد تجمعیافته به سمت عروق لنفاوی مننژی منتقل میشوند.
در مجموع، لنفاتیکهای مننژی و دستگاه گلیمفاتیک میتوانند مسیری برای پاکسازی پروتئینهای خارجسلولی، مایع اضافی، فرآوردههای زائد و سلولهای ایمنی از بافت مغز و مایع مغزینخاعی و انتقال آنها به خون فراهم کنند.
مجرای لنفاوی توراسیک و مجرای لنفاوی راست بیشتر لنف بدن را وارد دستگاه وریدی میکنند
تقریباً همهٔ عروق لنفاوی قسمت تحتانی بدن در نهایت به مجرای توراسیک تخلیه میشوند. مجرای توراسیک نیز در محل اتصال ورید ژوگولار داخلی چپ و ورید سابکلاوین چپ وارد دستگاه وریدی میشود، همانگونه که در شکل ۱۶-۶ نشان داده شده است.
لنف سمت چپ سر، بازوی چپ و بخشهایی از قفسهٔ سینه نیز پیش از تخلیه به وریدها وارد مجرای توراسیک میشود.
لنف سمت راست گردن و سر، بازوی راست و بخشهایی از نیمهٔ راست قفسهٔ سینه وارد مجرای لنفاوی راست میشود که بسیار کوچکتر از مجرای توراسیک است. این مجرا در محل اتصال ورید سابکلاوین راست و ورید ژوگولار داخلی راست وارد دستگاه وریدی میشود.
مویرگهای لنفاوی انتهایی و نفوذپذیری آنها
بیشتر مایعی که از انتهای شریانی مویرگهای خونی فیلتر میشود، میان سلولها حرکت میکند و در نهایت دوباره در انتهای وریدی مویرگهای خونی جذب میشود.
اما بهطور متوسط حدود ۱۰٪ از این مایع وارد مویرگهای لنفاوی میشود و بهجای مویرگهای وریدی، از طریق دستگاه لنفاوی به خون بازمیگردد.
مقدار کل این لنف در حالت طبیعی فقط حدود ۲ تا ۳ L/day است.
مایعی که از راه لنفاتیکها به گردش خون بازمیگردد بسیار مهم است، زیرا مواد با وزن مولکولی بالا مانند پروتئینها از هیچ راه دیگری نمیتوانند از بافتها جذب شوند؛ درحالیکه این مواد تقریباً بدون مانع وارد مویرگهای لنفاوی میشوند.
شکل ۱۶-۸ سلولهای اندوتلیال مویرگ لنفاوی را نشان میدهد که بهوسیلهٔ رشتههای لنگرکننده به بافت همبند اطراف متصل شدهاند.
در محل اتصال سلولهای اندوتلیال مجاور، لبهٔ یک سلول روی لبهٔ سلول مجاور قرار میگیرد، بهگونهای که لبهٔ همپوشان آزاد است به سمت داخل حرکت کند و در نتیجه دریچهٔ بسیار کوچکی ایجاد شود که به داخل مویرگ لنفاوی باز میشود.
مایع بینابینی همراه با ذرات معلق خود میتواند این دریچه را باز کند و مستقیماً وارد مویرگ لنفاوی شود. اما پس از ورود، خروج مایع دشوار است، زیرا هرگونه جریان برگشتی باعث بستهشدن این دریچهٔ فلپی میشود.
بنابراین دستگاه لنفاوی هم در نوک مویرگهای لنفاوی انتهایی و هم در طول عروق بزرگتر خود تا محل ورود به گردش خون، دریچه دارد.
تشکیل لنف
لنف از مایع بینابینیای تشکیل میشود که وارد عروق لنفاوی میشود. بنابراین لنف در لحظهٔ ورود به لنفاتیکهای انتهایی تقریباً همان ترکیب مایع بینابینی را دارد.
غلظت پروتئین در مایع بینابینی بیشتر بافتها بهطور متوسط حدود ۲ g/dL است و غلظت پروتئین لنفی که از این بافتها جریان پیدا میکند نیز نزدیک همین مقدار است.
غلظت پروتئین در لنفی که در کبد تشکیل میشود میتواند تا ۶ g/dL برسد و در لنف روده حدود ۳ تا ۴ g/dL است.
از آنجا که حدود دو سوم تمام لنف طبیعی از کبد و رودهها منشأ میگیرد، لنف مجرای توراسیک که مخلوطی از لنف تمام نواحی بدن است معمولاً غلظت پروتئینی حدود ۳ تا ۵ g/dL دارد.
دستگاه لنفاوی همچنین یکی از مسیرهای اصلی جذب مواد مغذی از دستگاه گوارش است، بهویژه برای جذب تقریباً همهٔ چربیهای موجود در غذا؛ موضوعی که در فصل ۶۶ بررسی میشود.
پس از یک وعدهٔ غذایی پرچرب، لنف مجرای توراسیک گاهی تا حدود ۱ تا ۲٪ چربی دارد.
در نهایت، حتی ذرات بزرگی مانند باکتریها نیز میتوانند میان سلولهای اندوتلیال مویرگهای لنفاوی راه باز کنند و از این طریق وارد لنف شوند.
هنگامی که لنف از گرههای لنفاوی عبور میکند، این ذرات تقریباً بهطور کامل از آن خارج و تخریب میشوند؛ موضوعی که در فصل ۳۴ توضیح داده میشود.
سرعت جریان لنف
در یک انسان در حال استراحت حدود ۱۰۰ mL/hr لنف از مجرای توراسیک عبور میکند و تقریباً ۲۰ mL/hr دیگر نیز از طریق سایر مجاری وارد گردش خون میشود.
بنابراین کل جریان تخمینی لنف حدود ۱۲۰ mL/hr یا نزدیک به ۳ L/day است.
افزایش فشار مایع بینابینی، جریان لنف را افزایش میدهد
شکل ۱۶-۹ اثر سطوح مختلف فشار هیدروستاتیک مایع بینابینی را بر جریان لنف، بر اساس اندازهگیریهای انجامشده در حیوانات، نشان میدهد.
توجه کنید که وقتی فشار مایع بینابینی منفیتر از مقدار طبیعی ۶- mm Hg است، جریان طبیعی لنف بسیار کم است.
سپس با افزایش فشار تا ۰ mm Hg، یعنی فشار اتمسفر، جریان لنف بیش از ۲۰ برابر افزایش مییابد.
بنابراین هر عاملی که فیلتراسیون مویرگی را افزایش دهد، فشار مایع بینابینی را نیز افزایش میدهد و در صورتی که عروق لنفاوی عملکرد طبیعی داشته باشند، جریان لنف نیز بیشتر میشود.
این عوامل شامل موارد زیر هستند:
- افزایش فشار هیدروستاتیک مویرگی
- کاهش فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما
- افزایش فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی
- افزایش نفوذپذیری مویرگها
بااینحال، در شکل ۱۶-۹ توجه کنید که اگر فشار هیدروستاتیک مایع بینابینی حدود ۱ تا ۲ mm Hg از فشار اتمسفر بالاتر رود، با افزایش بیشتر فشار دیگر جریان لنف افزایش پیدا نمیکند.
علت آن است که افزایش فشار بافتی از یک سو ورود مایع به مویرگهای لنفاوی را افزایش میدهد، اما از سوی دیگر سطح خارجی لنفاتیکهای نازکدیواره را فشرده میکند و در نتیجه مانع جریان لنف میشود.
در فشارهای بالاتر، این دو اثر یکدیگر را خنثی میکنند و جریان لنف به مقدار حداکثر خود میرسد. این حداکثر جریان در شکل ۱۶-۹ بهصورت قسمت افقی بالای منحنی دیده میشود.
پمپ لنفاوی جریان لنف را افزایش میدهد
در همهٔ مجاری لنفاوی دریچه وجود دارد. شکل ۱۶-۱۰ دریچههای معمول موجود در عروق لنفاوی جمعکنندهای را نشان میدهد که مویرگهای لنفاوی به آنها تخلیه میشوند.
فیلمبرداری از عروق لنفاوی در معرض دید در حیوانات و انسان نشان داده است که وقتی یک رگ لنفاوی جمعکننده یا یک رگ لنفاوی بزرگتر از مایع پر و کشیده شود، عضلهٔ صاف دیوارهٔ آن بهطور خودکار منقبض میشود.
علاوه بر این، هر قطعه از رگ لنفاوی که میان دو دریچهٔ متوالی قرار دارد مانند یک پمپ خودکار مجزا عمل میکند.
یعنی حتی پرشدن خفیف یک قطعه باعث انقباض آن میشود و مایع از دریچهٔ بعدی به قطعهٔ لنفاوی بعدی پمپ میشود. این مایع قطعهٔ بعدی را پر میکند و چند ثانیه بعد همان قطعه نیز منقبض میشود. این فرایند در تمام طول رگ لنفاوی ادامه پیدا میکند تا سرانجام مایع وارد گردش خون شود.
در یک رگ لنفاوی بسیار بزرگ مانند مجرای توراسیک، این پمپ لنفاوی میتواند فشاری تا حدود ۵۰ تا ۱۰۰ mm Hg ایجاد کند.
پمپاژ ناشی از فشردگی متناوب خارجی عروق لنفاوی
علاوه بر پمپاژ ناشی از انقباض متناوب ذاتی دیوارهٔ رگهای لنفاوی، هر عامل خارجی که بهصورت متناوب رگ لنفاوی را بفشارد نیز میتواند باعث پمپاژ شود.
این عوامل بهترتیب اهمیت عبارتاند از:
- انقباض عضلات اسکلتی اطراف
- حرکت بخشهای مختلف بدن
- نبض شریانهای مجاور عروق لنفاوی
- فشردهشدن بافتها توسط اجسام خارج بدن
پمپ لنفاوی هنگام ورزش بسیار فعال میشود و اغلب جریان لنف را ۱۰ تا ۳۰ برابر افزایش میدهد. برعکس، هنگام استراحت، جریان لنف بسیار کند و تقریباً صفر است.
پمپ مویرگ لنفاوی
مویرگهای لنفاوی انتهایی نیز علاوه بر پمپاژ عروق لنفاوی بزرگتر میتوانند لنف را پمپ کنند.
همانگونه که پیشتر توضیح داده شد، رشتههای لنگرکنندهٔ دیوارهٔ مویرگهای لنفاوی محکم به سلولهای بافتی اطراف متصلاند.
بنابراین هر بار که مایع اضافی وارد بافت شود و بافت را متورم کند، رشتههای لنگرکننده دیوارهٔ مویرگ لنفاوی را میکشند و مایع از طریق اتصالات میان سلولهای اندوتلیال وارد مویرگ لنفاوی انتهایی میشود.
سپس هنگامی که بافت فشرده میشود، فشار داخل مویرگ افزایش مییابد و باعث میشود لبههای همپوشان سلولهای اندوتلیال مانند دریچه بسته شوند.
در نتیجه فشار، لنف را بهجای برگشت از اتصالات سلولی، به سمت جلو و داخل رگ لنفاوی جمعکننده میراند.
سلولهای اندوتلیال مویرگهای لنفاوی همچنین تعداد اندکی رشتهٔ انقباضی اکتومیوزین دارند. در بعضی بافتها، این رشتهها ممکن است باعث انقباض ریتمیک مویرگهای لنفاوی شوند؛ مشابه انقباض ریتمیک بسیاری از عروق خونی کوچک و عروق لنفاوی بزرگتر.
بنابراین دستکم بخشی از پمپاژ لنف علاوه بر انقباض عروق لنفاوی عضلانی بزرگتر، ناشی از انقباض سلولهای اندوتلیال مویرگ لنفاوی است.
خلاصهٔ عوامل تعیینکنندهٔ جریان لنف
از بحثهای پیشین میتوان دید که دو عامل اصلی تعیینکنندهٔ جریان لنف عبارتاند از: ۱) فشار مایع بینابینی؛ و ۲) فعالیت پمپ لنفاوی.
بنابراین بهطور تقریبی میتوان گفت سرعت جریان لنف با حاصلضرب فشار مایع بینابینی در فعالیت پمپ لنفاوی تعیین میشود.
نقش کلیدی دستگاه لنفاوی در کنترل غلظت پروتئین، حجم و فشار مایع بینابینی
اکنون روشن است که دستگاه لنفاوی بهعنوان یک سازوکار سرریز عمل میکند تا پروتئین اضافی و حجم اضافی مایع را از فضاهای بافتی به گردش خون بازگرداند.
بنابراین دستگاه لنفاوی در کنترل سه عامل اصلی نقش مرکزی دارد: ۱) غلظت پروتئینهای مایع بینابینی؛ ۲) حجم مایع بینابینی؛ و ۳) فشار مایع بینابینی.
این عوامل به شکل زیر با یکدیگر برهمکنش دارند:
-
مقادیر اندکی پروتئین بهطور مداوم از مویرگهای خونی به فضای بینابینی نشت میکنند. فقط مقادیر بسیار ناچیزی، اگر اصلاً مقداری وجود داشته باشد، از این پروتئینهای نشتکرده از طریق انتهای وریدی مویرگهای خونی به گردش خون بازمیگردند.
بنابراین این پروتئینها تمایل دارند در مایع بینابینی تجمع پیدا کنند و به نوبهٔ خود فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی را افزایش دهند.
-
افزایش فشار اسمزی کلوئیدی مایع بینابینی تعادل نیروها در غشای مویرگ خونی را به نفع فیلتراسیون مایع به فضای بینابینی تغییر میدهد.
در نتیجه، پروتئینها بهطور اسمزی مایع را از دیوارهٔ مویرگ به سمت خارج و به فضای بینابینی میکشند و به این ترتیب هم حجم مایع بینابینی و هم فشار مایع بینابینی افزایش پیدا میکند.
-
افزایش فشار مایع بینابینی، سرعت جریان لنف را بهشدت افزایش میدهد و این جریان، حجم اضافی مایع بینابینی و پروتئین اضافی تجمعیافته در فضاها را خارج میکند.
با افزایش حجم و فشار مایع بینابینی، بازگشت پروتئین و مایع از طریق دستگاه لنفاوی در نهایت آنقدر زیاد میشود که با سرعت نشت این مواد از مویرگهای خونی به فضای بینابینی برابر گردد.
بنابراین مقادیر کمی همهٔ این عوامل به یک حالت پایدار میرسند و در همان سطوح تعادلی باقی میمانند تا زمانی که عاملی سرعت نشت پروتئین و مایع از مویرگهای خونی را تغییر دهد.
کتابنامه
- Aman J, Margadant C. چسبندگی وابسته به اینتگرین میان سلول و ماتریکس در سلامت و بیماری اندوتلیال. Circ Res. 2023;132:355–378.
- Da Mesquita S, Fu Z, Kipnis J. دستگاه لنفاوی مننژی: بازیگری جدید در نوروفیزیولوژی. Neuron. 2018;100:375–388.
- Davis MJ, Earley S, Li YS, Chien S. مکانوتراسداکشن عروقی. Physiol Rev. 2023;103(2):1247–1421.
- Donnan MD, Kenig-Kozlovsky Y, Quaggin SE. لنфатیکها در سلامت و بیماری کلیه. Nat Rev Nephrol. 2021;17:655–675.
- Guyton AC, Granger HJ, Taylor AE. فشار مایع بینابینی. Physiol Rev. 1971;51:527–563.
- Harris NR, Bálint L, Dy DM, et al. رفتوبرگشت لنفاتیکهای قلبی: موجی از کشفیات تازه. Physiol Rev. 2023;103:391–432.
- Hartmann DA, Coelho-Santos V, Shih AY. کنترل جریان خون توسط پریسیتها در نواحی ریزعروقی دستگاه عصبی مرکزی. Annu Rev Physiol. 2022;84:331–354.
- Iadecola C, Smith EE, Anrather J, et al. نورواسکولوم: نقشهای کلیدی در سلامت مغز و اختلال شناختی؛ بیانیهٔ علمی انجمن قلب آمریکا/انجمن سکتهٔ مغزی آمریکا. Stroke. 2023;54(6):e251–e271.
- Juneja P, Tripathi DM, Kaur S. بازنگری محور روده ـ کبد: دستگاه لنفاوی روده در سیروز کبدی و پرفشاری پورت. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2022;322:G473–G479.
- Komarova YA, Kruse K, Mehta D, Malik AB. برهمکنشهای پروتئینی در اتصالات اندوتلیال و سازوکارهای پیامرسانی تنظیمکنندهٔ نفوذپذیری اندوتلیال. Circ Res. 2017;120:179–206.
- Lampejo AO, Ghavimi SAA, Hägerling R, Agarwal S, Murfee WL. پلاستیسیتهٔ عروق لنفاوی/خونی: زمینهای برای پژوهش آینده بر پایهٔ مشاهدات گذشته و حال. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2023;324:H109–H121.
- Longden TA, Zhao G, Hariharan A, Lederer WJ. پریسیتها و کنترل جریان خون در مغز و قلب. Annu Rev Physiol. 2023;85:137–164.
- Mäkinen T, Boon LM, Vikkula M, Alitalo K. ناهنجاریهای لنفاوی: ژنتیک، سازوکارها و راهبردهای درمانی. Circ Res. 2021;129:136–154.
- Mestre H, Mori Y, Nedergaard M. دستگاه گلیمفاتیک مغز: مناقشات کنونی. Trends Neurosci. 2020;43:458–466.
- Mughal A, Nelson MT, Hill-Eubanks D. ناحیهٔ انتقالی پسآرتریولی: منطقهٔ مویرگی تخصصیافته برای تنظیم جریان خون در ریزعروق دستگاه عصبی مرکزی. J Physiol. 2023;601:889–901.
- Murrant CL, Fletcher NM. ارتباط مویرگی: نقش مویرگها در حس محیط بافتی، هماهنگی ریزعروقی و کنترل جریان خون. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2022;323:H1019–H1036.
- Oliver G, Kipnis J, Randolph GJ, Harvey NL. عروق لنفاوی در قرن بیستویکم: نقشهای عملکردی نو در هموستاز و بیماری. Cell. 2020;182:270–296.
- Østergaard L. جریان خون، زمان عبور مویرگی و اکسیژنرسانی بافتی: صدمین سال مفهوم فراخوانی مویرگی. J Appl Physiol. 2020;129:1413–1421.
- Poole DC, Musch TI. انتقال اکسیژن از مویرگ به میتوکندری در عضله: تغییر پارادایمها. Funct (Oxf). 2023;4(3):zqad013.
- Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. انتقال مایع در مغز. Physiol Rev. 2022;102:1025–1151.
- Zhao L, Tannenbaum A, Bakker ENTP, Benveniste H. فیزیولوژی انتقال مواد محلول گلیمفاتیک و پاکسازی مواد زائد از مغز. Physiol (Bethesda). 2022;37:349–362.