微小循環

微小循環は肉眼で見るには小さすぎる血管で構成されている。この視力の制約から、1628年にウイリアム・ハーベーは、血液が動脈から静脈へと循環する際に微細な溝を通過するという仮説を補強するために、目に見えない「肉の孔」の存在を仮定する必要があった。しかし、ハーベーの批判者たちは、そのような孔は存在せず、むしろ血液は一般的な染み出しによって組織内を移動すると示唆した。最初の単レンズ顕微鏡の開発により、マルピーギは1661年に亀の肺の動脈と静脈をつなぐ毛細血管を観察することができた。ファン・レーウェンフックは1674年にウナギの尾びれの微小循環血管のサイズと空間密度に関する定量的情報を提供し、これらの血管内の赤血球の速度を測定することができた。両者ともハーベーの仮説に決定的な裏付けを与えた。顕微鏡のさらなる発展により、血管壁の組織学と、血管を裏打ちする内皮の連続層が存在することが説明された。その後の研究により、臓器内に存在する細い血管の特殊な構造と位相幾何学的組織、および臓器に血流を分配する太い導管血管との相違点が理解されるようになった。

微小循環の動脈側の血管は細動脈と呼ばれ、よく神経支配され、平滑筋細胞に囲まれており、直径は10～50μmである^[2]。細動脈は血液を毛細血管に運び、毛細血管は神経支配されておらず、平滑筋を持たず、直径は約5～8μmである。血液は毛細血管から静脈に流れ出るが、静脈には平滑筋がほとんどなく、その直径は10～200μmである。血液は静脈から静脈に流れ込む。細動脈は細動脈と毛細血管をつないでいる。静脈の支流は通路血管（英語版）として知られているw。

微小循環には前毛細血管、毛細血管、後毛細血管の3つの主要な構成要素がある。毛細血管前部では、細動脈と前毛細血管括約筋（英語版）が関与している。これらの機能は、毛細血管や静脈に入る前に、その壁に見られる平滑筋の収縮と弛緩によって血流を調節することである。第二の部門は毛細血管部門であり、毛細血管に代表され、血液と間質液の間の物質交換とガス交換が行われる。最後に、後毛細血管部門は後毛細血管静脈によって代表され、いくつかの物質の自由な移動を可能にする血管内皮細胞の層によって形成されている^[3]。

微小循環のほとんどの血管は、血管内皮の扁平化した細胞で内張りされ、その多くは周皮細胞という収縮性の細胞で取り囲まれている。血管内皮は血液の流れに滑らかな表面を提供し、血液と組織の間の間質血漿中の水分や溶解物質の移動を調節している。内皮はまた、漏出がない限り血液が凝固するのを阻止する分子を産生する。周皮細胞は収縮して細動脈のサイズを小さくし、それによって血流と血圧を調節する^[4]。

Summarize Fact Check

これらの血管に加え、微小循環にはリンパ毛細管（英語版）と集合管も含まれる。微小循環の主な機能は、酸素と栄養素の供給と二酸化炭素（CO₂）など老廃物の除去に加え、血液と組織間の体液交換、内分泌腺から標的臓器へのホルモンの運搬、貯蔵や合成のための臓器間のバルク運搬、病原体に対する防御ラインの提供など、重要な役割を果たしている。また、血流と組織灌流を調節する役割もあり、それによって血圧や、浮腫（むくみ）を含む炎症に対する反応に影響を与える^[4]。

組織灌流の調節は微小循環で行われる^[3]。血管平滑筋が多様な刺激に反応することによって細動脈の収縮と弛緩が行われ、その直径と血管緊張を変化させて毛細血管への血流を制御する。血圧の上昇による血管の拡張は、細動脈壁の筋収縮の基本的な刺激であり、その結果、全身血圧が変化しても微小循環の血流は一定に保たれる。このメカニズムは、人体のすべての組織と臓器に存在する。さらに、神経系も微小循環の調節に関与している。交感神経系は末端を含む細動脈を活性化する。ノルアドレナリンとアドレナリンはαおよびβアドレナリン作動性受容体に作用する。その他のホルモン（カテコールアミン、レニン-アンジオテンシン、バソプレッシン、心房性ナトリウム利尿ペプチド）は血流中を循環し、微小循環に作用して血管拡張または血管収縮を引き起こす。多くのホルモンや神経ペプチドが、古典的な神経伝達物質とともに放出される^[1]。

細動脈は組織で生じる代謝刺激に反応する。組織の代謝が増加すると、異化産物が蓄積し、血管拡張につながる。内皮は筋緊張と細動脈の血流組織を制御し始める。循環における内皮機能には、循環ホルモンおよび他の血漿成分の活性化と不活性化が含まれる。また、必要に応じて幅を調節するための血管拡張物質と血管収縮物質の合成と分泌もある。細動脈を循環する血液の流れの変化は、内皮で応答が可能である^[1]。

毛細管交換という用語は、微小循環レベルでのすべての交換を指し、そのほとんどは毛細血管で起こる。血液と組織との間で物質交換が行われる場所は毛細血管であり、毛細血管は枝分かれしてスワップ面積を増やし、拡散距離を最小化し、表面積と交換時間を最大化する^[5]。

体内の血液の約7％は毛細血管の中にあり、毛細血管は間質液と呼ばれる血管外の液体と絶えず物質を交換している。この間質液と血液の間の物質の動的な移動は、毛細血管交換と呼ばれている^[6]。これらの物質は、拡散、バルクフロー、トランスサイトーシスまたは小胞輸送という3つの異なるシステムまたはメカニズムによって毛細血管を通過する^[3]。微小血管系で行われる液体と固体の交換には、特に毛細血管と毛細血管後静脈および集合静脈が関与している。

毛細血管の壁は、血漿中のほとんどすべての物質の自由な流れを許容する^[7]。血漿タンパク質は唯一の例外であり、大きすぎて通過することができない^[6]。毛細血管から出たタンパク質は、第一の毛細血管交換機構と、分子の運動学的運動によって起こる拡散の過程を利用する^[7]。

このような物質の交換は、様々なメカニズムによっ て制御されている^[8]。第一に、拡散する分子は、毛細血管の壁、直径の小ささ、毛細血管を持つ各細胞の近接性のおかげで、短い距離を移動する。拡散距離が長くなると毛細管拡散速度が低下するので、短い距離は重要である。それから、毛細血管の数が多い（1,000万本から1,400万本）ので、交換のための表面積が驚くほど多い。しかし、これは全血液量（250ml 5000ml）の5％しかない。最後に、毛細血管は広範囲に枝分かれしているため、血液は毛細血管内をよりゆっくりと流れる^[5]。

拡散は、毛細血管を横切る小分子の流れを可能にする最初の、そして最も重要なメカニズムである。このプロセスは、間質と血液との間の勾配の差に依存し、分子は高濃度空間から低濃度空間へと移動する^[9]。グルコース、アミノ酸、酸素（O2）、その他の分子は、拡散によって毛細血管から出て、生体組織に到達する。対照的に、二酸化炭素（CO₂）およびその他の老廃物は、同じプロセスによって組織を出て毛細血管に入るが、その逆である^[6]。毛細血管壁を通る拡散は、毛細血管壁を形成する内皮細胞の透過性に依存し、連続的、不連続的、および柵状である可能性がある。タンパク質によって輸送される脂質は、拡散によって毛細血管壁を横切るには大きすぎるため、他の2つの方法に頼らざるを得ない^[5]。スターリング方程式は、毛細血管内皮を横切る液体の移動における静水圧と浸透圧（いわゆるスターリング力）の役割を記述している^[10][11]。

毛細管交換の第二のメカニズムはマスフロー（英語版）である。これは、脂質不溶性の小さな物質が横断するために利用される。この動きは毛細血管の物理的特性に依存する。例えば、連続毛細血管（密な構造）はマスフローを減少させ、柵状毛細血管（穴のあいた構造）はマスフローを増加させ、不連続毛細血管（細胞間の隙間が大きい）はマスフローを可能にする。この場合、物質の交換は圧力の変化によって決定される^[8]。物質の流れが血流または毛細血管から間質腔または間質へ向かう場合、その過程は濾過と呼ばれる。この種の移動は、血液静水圧（BHP）および間質液浸透圧（IFOP）によって促進される^[6]。物質が毛細血管内で間質液から血液に移動する場合、その過程は再吸収と呼ばれる。この移動を促進する圧力は、血液コロイド浸透圧（BCOP）と間質液静水圧（IFHP）である^[12] 。物質が濾過されるか再吸収されるかは、静水圧（BHPとIFHP）と浸透圧（IFOPとBCOP）の差である正味濾過圧（NFP）に依存する^[6]。これらの圧力はスターリング方程式として知られている。NFPが正であれば濾過が起こるが、負であれば再吸収が起こる^[13]。

第三の毛細血管交換機構は、小胞輸送とも呼ばれるトランスサイトーシス（英語版）である^[14]。このプロセスにより、血液物質は毛細血管構造を構成する内皮細胞を横切って移動する。最後に、これらの物質は、細胞から間質空間へ小胞が出るプロセスであるエキソサイトーシスによって外に出る。トランスサイトーシスによって通過する物質はほとんどない^[15]。トランスサイトーシスは主に、インスリンホルモンのような、大きくて脂質に溶けない分子に利用される^[15]。小胞が毛細血管を出ると、間質（interstitium）へ行く。小胞は直接特定の組織へ行くこともあれば、他の小胞と合体して、その内容物が混合されることもある。この混ざり合った物質は、小胞の機能的能力を高める^[6]。

• ウイリアム・ハーベー
• マルチェロ・マルピーギ
• フォーレウス・リンドクヴィスト効果（英語版）
• グリコカリックス
• 微小循環学会（英語版）