background image

The microcirculation and the lymphatic system 

Structure of the microcirculation: 

The  arterioles  divide  into  smaller  vessels  called  metarterioles  and 

true  capillaries  arise  from  both  the  arterioles  and  metarterioles.  The 
openings of the true capillaries are surrounded by minute smooth muscles 
called precapillary sphincters which respond well to various stimuli. 

Capillaries  are  generally  made  up  of  a  single  layer  of  endothelial 

cells  surrounded  by  a  basement  membrane  and  special  cells  called 
pericytes,  which  are  contractile  cells  and  also  release  many  vasoactive 
agents. Capillaries are divided into 3 main types: 

1-Continuous capillaries (in all muscles and the brain): 

In  this  type,  the  edges  of  the  endothelial  cells  interdigitate  forming 
intercellular  clefts  (slit  pores)  between  the  cells.  These  pores  generally 
permit  passage  of  molecules.  However,  their  size  varies  widely  in 
different regions e.g. they are much smaller in the brain than in skeletal 
muscles; helps the development of a blood brain barrier. 

2-Fenestrated  capillaries  (in  the  kidneys,  intestinal  villi  and  most 
endocrine glands): 

In  this  type,  the  cytoplasm  of  the  endothelial  cells  itself  is  interrupted, 
forming  gaps  called  fenestrations  that  are  closed  by  thin  membranes 
(except  in  the  renal  glomeruli)  and  permit  passage  of  relatively  large 
molecules. 

3-Sinusoidal  capillaries  (in  the  liver,  spleen  and  bone  marrow):  In  this 
type, the capillaries (which are called sinusoids) have very wide lumens 
and are extremely porous because; 

• Their endothelium is discontinuous. 

• There are large gaps between the endothelial cells that are not closed by 
membranes. 


background image

 

 

 

 

 

 


background image

Trans-capillary exchange mechanisms: 

The transport of fluids across the capillary walls occurs by the following 
mechanisms 

Diffusion: 

This is the process by which a substance in solution expands to fill all of 
the  available  volume,  It  occurs  down  a  concentration  gradient  i.e. 
substances  diffuse  from  areas  of  high  to  areas  of  low  concentration. 
Water  and  water-soluble  substances  (e.g.  glucose,  urea,  Na

+

,  Cl

-

  &  K

+

diffuse  only  through  the  slit  pores  and  fenestrae  and  their  rates  of 
diffusion  are  inversely  proportionate  to  their  molecular  sizes.  On  the 
other hand, fat- soluble substances diffuse across the whole capillary wall 
i.e. through the pores as well as the cytoplasm of the capillary endothelial 
cells  (since  they  dissolve  in  the  phospholipid  bilayer  of  the  endothelial 
cell membranes), thus the diffusion of fat- soluble substances and gases 
(e.g.  O

2

  and  CO

2

)  is  normally  greater  and  faster  than  water-soluble 

substances. 

Filtration: 

This is the process by which fluid and dissolved solutes are forced 

through  the  pores  in  the  capillary  membrane  due  to  a  difference  in 
hydrostatic pressure on the two sides, and the amount of fluid filtered per 
unit time is proportionate to: 

(a) The difference in pressure. 

(b) The capillary surface area and permeability. 

The force of filtration is opposed by the force of osmosis, and both 

forces are concerned with the bulk flow of fluids and solutes across the 
capillary walls through formation and drainage of the interstitial fluid. 

Transcytosis: 

This  is  the  mechanism  of  transport  of  large  molecules  across  the 

capillary  membrane.  These  molecules  are  transported  through  the 
capillaries  by  endocytosis  into  their  lining  endothelial  cells  followed  by 
exocytosis at the interstitial side of these cells. Small amounts of protein 
leave blood stream to interstitial fluid by this mechanism. 


background image

Diapedesis: 

This  is  the  mechanism  of  transport  of  a  whole  cell  across  the 

capillary membrane e.g. leukocytes leave the bloodstream toward areas of 
inflammation by this mechanism. 

Formation and drainage of the interstitial fluid: 

The  spaces  between  the  tissue  cells  are  called  the  interstitium  It 

consists of thick bundles of collagen fibres and thin filaments formed of 
hyaluronic  acid  and  protein,  as  well  as  a  fluid  known  as  the  tissue  or 
interstitial  fluid  (IF).  The  IF  is  continuously  formed  and  drained  by  the 
capillaries,  and  it  contains  almost  the  same  constituents  of  the  plasma 
except the plasma proteins. 

Factors that affect tissue fluid formation and drainage: 

• The Starling’s forces (the hydrostatic and osmotic forces that act across 
the capillary walls) 

• The capillary permeability. 

The Starling's forces: 

1-The hydrostatic capillary pressure (hcp) 

This  forces  fluid  outwards  through  the  capillary  membranes  into  the 
interstitial  spaces,  and  it  normally  averages  35  mmHg  at  the  arteriolar 
ends of capillaries and 12 mmHg at their venular ends. 

2-The interstitial fluid pressure (ifp): 

This  forces  fluid  inwards  through  the  capillary  membranes,  and  it 
normally averages 1 mmHg. 

3-The plasma colloid osmotic pressure or oncotic pressure (pop): 

This is produced mainly by plasma albumin. It averages 25 mmHg and it 
causes osmosis of fluid inwards through the capillary membranes. 

4-The interstitial fluid colloid osmotic pressure (ifop): 

This causes osmosis of fluid outwards through the capillary membranes 
into the interstitial spaces, and it normally averages 3 mmHg. 


background image

The (hcp) and (ifop) favour fluid filtration from the capillaries while the 
(sop) and (ifp) favour fluid reabsorption into the capillaries. Considering 
the  balance  of  the  Starling’s  forces  at  both  ends  of  the  capillaries,  it  is 
clear  that  at  their  arteriolar  ends,  the  filtering  forces  exceed  the 
reabsorbing forces by about 12 mmHg [(35 + 3) - (25 + 1)] resulting in 
fluid filtration, while at their venular ends, the reabsorbing forces exceed 
the filtering forces by about 11 mmHg [(25 + 1) - (12 + 3)] resulting in 
fluid reabsorption. 

It was proved that the interstitial fluid pressure (ifp) is negative in certain 
areas e.g. the subcutaneous tissues (-2 to -3 mmHg), and in this case, it 
favours fluid filtration rather than reabsorption. 

 

Figure: Fluid pressure and colloid osmotic pressure forces operate at the 
capillary  membrane,  tending  to  move  fluid  either  outward  or  inward 
through the membrane pores. 

THE LYMPH CIRCULATION 

This circulation is concerned with return of the excess tissue fluid 

that is not reabsorbed at the capillaries back to the bloodstream. This fluid 
is  called  lymph,  and  it  is  similar  to  the  plasma  (being  an  isotonic 
colourless  transparent  fluid  having  a  pH  of  7.4)  but  it  contains  less 
protein  and  Ca2  and  has  a  higher  A/G  ratio  (Albumin/Globulin  ratio) 
since albumin is more easily filtered. Its average protein content is 3 gm 
%, but it varies in different organs and it clots (as it contains fibrinogen 
and prothrombin) and is rich in lymphocytes. 

Lymph circulates in non-innervated vessels that form a lymphatic system. 
This  system  originates  as  minute  lymphatic  capillaries  in  the  tissues 
(which  are  highly-  permeable  blind  vessels  lined  by  a  single  layer  of 
endothelial cells) that drain the excess tissue fluid. These capillaries unite 


background image

forming  larger  lymphatic  vessels,  which  drain  in  the  thoracic  and  right 
lymph ducts that open in the subclavian veins at the base of the neck. The 
lymph  nodes  are  located  along  the  course  of  the  lymphatic  vessels,  and 
such  vessels  have  smooth  muscle  in  their  walls  and  contain  valves  that 
allow unidirectional flow toward their central end. 

EDEMA 

This  is  fluid  accumulation  in  tissues,  which  is  either  intra  or  extra-
cellular. 

Intracellular edema: 

This is a non-pitting edema that is produced as a result of either: 

•  Depression  of  the  cell  membrane  metabolic  activity  e.g.  due  to 
ischemia. In this case, the lack of O

2

 and nutrients depress the Na pump 

mechanism and the excess Na

+

 inside the cells causes osmosis of  water 

into the cells. 

• Inflammation: This increases the cell membrane permeability, allowing 
Na and other ions to diffuse into the cells with subsequent water osmosis. 

Extracellular edema: 

This is a pitting edema (i.e. pressing the skin by the finger produces a pit) 
except  in  cases  of  chronic  lymphedema.  It  is  due  to  accumulation  of 
excessive  amounts  of  interstitial  fluid  (mostly  in  the  dependent  parts  of 
the body by the effect of gravity), and this has 2 main causes: 

1-Excessive leakage of fluid from the capillaries. 

This is produced by an increase of fluid filtration or a decrease of fluid 
reabsorption at the capillaries or both, which often occur due to either: 

•  An  increase  of  the  capillary  hydrostatic  pressure:  This  occurs  due  to 
either elevation of the venous pressure (e.g. due to heart failure, venous 
obstruction) or arteriolar V.D. (e.g. by vasodilator drugs). 

• Hypoproteinaemia: This decreases the plasma colloid osmotic pressure 
which reduces tissue fluid reabsorption. It occurs due to either a decrease 
of  synthesis  of  plasma  proteins  (e.g.  in  severe  liver  disease  and 
undernutrition)  or  excessive  loss  of  plasma  proteins  (commonly  in  the 


background image

urine in cases of the nephrotic syndrome, or from damaged skin areas in 
cases of severe bums). 

•  An increase  of  capillary permeability: This increases  filtration of both 
tissue  fluid  and  proteins  (the  latter  farther  increases  filtration  by 
increasing the osmotic pressure of the interstitial fluid). It occurs due to 
either inflammation, bacterial infections, allergic reactions (due to release 
of histamine), prolonged ischemia and certain toxins, vitamin deficiency 
(especially vitamin C) and excessive heat or cold. 

• Excessive retention of salt in the body: This is an important factor in the 
production of renal and cardiac edema. 

2- Inadequate lymph drainage. 

This  occurs  due  to  blockage  of  the  lymph  vessels,  which  leads  to 
accumulation of both fluid and protein in the tissue spaces (the latter also 
increases  fluid  filtration  by  increasing  the  osmotic  pressure  of  the 
interstitial fluid). The condition is called lymphedema, and if it persists, it 
causes  a  chronic  inflammatory  condition  that  leads  to  fibrosis  of  the 
interstitial tissue, and the edema becomes non-pitting. It often occurs  in 
cancer, after certain surgical operations (e.g. radical mastectomy) and by 
infection with filaria worms. The latter obstruct the lymphatics, causing 
massive swelling of the affected organ (commonly the legs or scrotum), a 
condition known as elephantiasis. 

Safety factors against production of edema: 

Normally, the following 3 factors prevent occurrence of edema: 

(1) Low compliance of the subcutaneous interstitium. 

The negative interstitial fluid hydrostatic pressure in subcutaneous tissues 
holds these tissues together and makes compliance (their distensibility) to 
be  low.  Accordingly,  small  increases  in  tissue  fluid  volume  cause  large 
increases  in  hydrostatic  pressure  of  the  interstitial  fluid,  which  opposes 
further  fluid  filtration  and  also  increases  the  lymph  flow;  both  effects 
prevent development of edema. 

 

 


background image

(2) Increasing the lymph flow. 

The  lymph  flow  can  increase  10  -  50  folds  when  fluid  begins  to 
accumulate  in  the  tissue  spaces.  This  removes  large  amounts  of  the 
interstitial  fluid  and  maintains  the  low  compliance  state  of  the 
subcutaneous  interstitium,  and  both  effects  prevent  development  of 
edema. 

(3) Washdown of interstitial fluid protein. 

The  increased  lymph  flow  often  results  in  reduction  of  the  protein 
concentration  in  the  interstitial  fluid  because  the  amount  removed  is 
usually greater than that filtered by the blood capillaries. Accordingly, the 
osmotic pressure of the interstitial fluid is decreased, which lowers the net 
filtration  force  across  the  capillaries  and  tends  to  prevent  further 
accumulation of fluid. 

The efficiency of the 3 edema safety factors is estimated by finding how 
much  can  the  average  capillary  hydrostatic  pressure  increase  above 
normal  before  edema  occurs.  Normally,  it  is  about  17  mmHg  (i.e.  the 
capillary  hydrostatic  pressure  can  raise  by  17  mmHg  before  significant 
edema occurs). 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ahmed monther Aljial
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط و 118 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل