毛细血管交换

血液和组织之间的毛细管交换对于输送营养和清除废物至关重要。在本文中，我们将研究分子如何在毛细血管和组织之间移动以及相关的临床状况。

菲克定律

菲克定律指出：“扩散速率与浓度差和可扩散面积成正比”。它还指出：“扩散速率与扩散距离成反比”。

毛细血管的结构通过优化菲克定律来促进有效的交换。为了最大化可用于扩散的面积，有许多毛细血管供应相同的组织。此外，通过毛细血管的恒定血流保持较大的浓度梯度，以允许分子与组织的快速交换。此外，虽然单个毛细血管具有较大的阻力，但许多毛细血管并联会降低阻力并允许有效地向组织提供血液。最后，扩散距离被最小化，因为毛细血管的内皮只有一个细胞厚，直径只有几微米。

小的脂溶性分子，例如氧气和二氧化碳，能够自由地跨膜扩散。然而，分子也可以通过专门的通道或孔进行交换。这些通道或孔的数量可以根据组织的功能而变化。例如，肾毛细血管床能够比其他毛细血管更有效和选择性地交换水和电解质。这是因为肾脏的功能是调节离子浓度和渗透压，同时接收大约 25% 的心输出量。

作者：OpenStax College [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]，来自 Wikimedia Commons

图 1 – 显示毛细管壁结构的图表。

气体交换

毛细血管交换的一个重要例子发生在肺的末端部分和肺毛细血管之间。因此，肺毛细血管具有允许快速有效扩散的特性。毛细血管通过接收恒定的血液供应来优化扩散速率。它们的平均膜厚度仅为 0.6 微米，并在肺泡上形成毛细血管网络。此外，肺泡本身具有七十平方米的极大表面积，进一步增加了可用于扩散的表面积。

然而，常见疾病可能会干扰这种优化。思考这些疾病的一个有用方法是根据菲克定律的变量来构建它们。例如，一些肺部疾病会导致纤维化或水肿。这增加了 分子必须行进的扩散距离，从而降低了扩散速率。其他疾病，例如肺气肿，会导致肺泡壁受损，导致肺泡破裂。因此，这形成了一个更大的空气空间并减少了可用于气体交换的表面积。

最后，如果肺部无法正常通气，例如在限制性肺部疾病中，则会建立较浅的浓度梯度，并且扩散速率会受到损害。

椋鸟部队

毛细血管和组织之间的流体运动由四种力控制：

• 血液静压：毛细血管中的血液对毛细血管壁施加的压力。该压力迫使流体流出毛细管。
• 血液胶体渗透压（胶体渗透压）：血液中蛋白质（主要是毛细血管中的白蛋白）施加的压力。这种压力试图将液体拉入血液中。血浆中的蛋白质通常太大而无法扩散到间质中，但是，在某些情况下，例如在炎症中，这些蛋白质可以扩散出去。
• 间质静水压：间质内液体的压力。该压力迫使流体返回毛细管。
• 间质胶体渗透压（胶体渗透压）：间质中蛋白质的压力。该压力将流体从毛细管中抽出。
  作者：OpenStax College [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]，来自 Wikimedia Commons

  

  图 2 – 显示毛细管床上发生的 Starling 力的图表。