第 89 章：微循环（Microcirculation）

引言

微循环是心血管系统的功能终端，正是由这部分分支状微血管网络完成血液与组织之间热、呼出气体、营养物、代谢废物、水分以及激素的运输与交换。血液流经微血管网络时还把白细胞和淋巴细胞运送到其组织靶位，因此炎症与免疫细胞在血液-组织之间的迁移亦在此发生。此外，微血管对外周血管阻力、血管顺应性以及血压的调节都有重要贡献，是控制体内各组织器官血流的最终效应器。微血管平滑肌细胞以及与之相关的周细胞以直接或者间接的方式控制着血管口径，从而调节局部微血管血流动力学阻力、压力以及管腔内液体流量，是完成上述各项微循环功能的共同执行者。

微循环的构筑

微循环从进入某组织或器官的供血动脉分支成一级微动脉开始。一级微动脉区别于供血动脉之处在于其位置（嵌入被供血组织内部）和壁内平滑肌细胞层数（仅 1–2 层）。从一级微动脉分出二级微动脉，再经 3–5 代（因组织而异）的发散性分支，最终形成末端微动脉并分出毛细血管。二级至末端微动脉的壁内仅有一层平滑肌细胞。在骨骼肌中，每条末端微动脉与它所供应的 1–20 根毛细血管共同构成一个微血管单位，末端微动脉张力的变化能协调地调整该单位内的毛细血管血流；其他组织中亦有类似单位结构，但组成单位的毛细血管数可有不同。末端微动脉分出的毛细血管是直径 5–7 μm、长度 100–1000 μm 的内皮细胞管，外被基底膜，且不含平滑肌细胞层。毛细血管可能由周细胞包绕，周细胞可收缩并调节毛细血管的血管阻力。两条或更多毛细血管汇合形成毛细血管后微静脉，再汇合为集合微静脉。毛细血管后微静脉通常没有平滑肌细胞层，但有周细胞覆盖；更高一级的微静脉可能有 1–2 层平滑肌。除血液微循环之外，还存在淋巴微循环，但本章不予以讨论，读者可参阅相关综述。

微动脉与微动脉平滑肌

微动脉是心血管系统中血流动力学阻力的主要来源之一。在骨骼肌中，至少 50% 的血管阻力位于微动脉网络内。因此，这些微血管共同贡献于总外周阻力，进而参与血压的调控。微动脉所提供的血流动力学阻力决定了对各组织、器官的血流供应速率，从而在体内实现氧、营养物、激素、血细胞等成分的转运，以完成血液与血管外细胞之间的物质交换。末端微动脉在很大程度上决定了下游毛细血管的灌注速率，不仅影响血液及其组分的对流输送，也影响毛细血管床中可供扩散交换的有效表面积。微动脉阻力还决定着传递到毛细血管和微静脉内的血压，进而影响这些下游微血管节段中的液体交换。此外，微循环上游的小动脉（阻力动脉）也对血管阻力有显著贡献，因此要实现对活动组织的合理血流调控，必须使微循环内的微动脉与上游阻力动脉的血管运动反应协调一致。微动脉壁中的平滑肌细胞是微动脉上述所有功能的最终效应器。

微动脉对氧气和二氧化碳具有通透性，在循环的这一层级上可发生显著的毛细血管前的气体交换，因此微动脉也参与微循环的交换功能。微动脉常与微静脉并行且相邻，这一解剖排列有利于两种微血管之间的氧和二氧化碳扩散；也有人提出，相邻微静脉向微动脉扩散血管活性物质可参与微动脉平滑肌张力的调控。微动脉由内皮细胞管及其下方基底膜、内弹性膜、外覆平滑肌细胞以及外膜结缔组织组成。基底膜与内弹性膜周期性地穿通，使内皮细胞或平滑肌细胞的突起可与对侧细胞膜紧贴，形成肌内皮连接。这些连接中可能含有缝隙连接蛋白（connexin），使平滑肌细胞和下方内皮细胞之间具备直接电学及小分子通讯的潜能；相邻平滑肌细胞之间也可能有缝隙连接通讯。

微动脉内的平滑肌细胞在血管腔周围大致呈环形取向。从大鼠和仓鼠提睾肌的二、三级微动脉酶解分离出来的梭形平滑肌细胞，长度至少 100 μm，胞核附近宽约 7 μm；猪冠状动脉微动脉中也能分离到大小相近的松弛平滑肌细胞。这些长度值与早期大鼠肠黏膜下微动脉平滑肌形态的扫描电镜研究一致。但对大鼠小肠压力固定、最大舒张的微动脉进行扫描电镜研究则提示，活体下平滑肌细胞的长度可能比酶解分离的估计值长 50%。无论怎样，在最大内径小于 50 μm 的血管中，平滑肌细胞很可能是完全环绕微动脉内腔的，而在更小的微动脉中甚至可能环绕血管超过一圈。因此只需平滑肌细胞产生相对温和的缩短，就能引起血管内径和微动脉阻力的显著变化；由于内径和血流阻力之间存在强烈的四次方关系，即便是血管直径的微小变化也会对阻力、血压及血流产生巨大影响。末端微动脉内的平滑肌细胞可能失去其梭形形态并长出多个突起，呈现更类似周细胞的形态，至少在大脑皮层中是如此。

关于微动脉平滑肌收缩与舒张机制的具体细节仍未完全阐明。从已知结果看，其中涉及的许多过程与在其他平滑肌中描述的机制类似，但也存在一些例外。一个突出特征是，微动脉对管腔内压力的变化及其稳态水平具有响应。对管腔压力变化的反应称为"肌源性反应"，而加压血管中平滑肌的稳态收缩水平则称为"肌源性张力"。这两个过程均为平滑肌的内在属性，但又可被激素、实质细胞、神经以及内皮细胞的输入所调节。肌源性反应与肌源性张力共同参与了脑、心、肾、眼、肠以及骨骼肌中观察到的血流量自调稳态过程，从而在血压变化时减小组织血流的波动。肌源性张力还为微动脉提供基础的平滑肌活动水平，使其在静息口径附近仍能进行大幅舒张和收缩，进而维持心血管稳态、使组织血流与实质细胞代谢需求相匹配。

肌源性反应和肌源性张力的信号通路仍是研究中的课题。血管内压力似乎通过涉及整合素、离子通道以及膜结合酶的机制（机械敏感性膜蛋白的应力或应变）转导为平滑肌收缩。离体单层平滑肌和加压微动脉研究支持膜去极化、电压门控 Ca²⁺ 通道激活以及胞内 Ca²⁺ 升高作为下游事件。与其他平滑肌一样，Ca²⁺ 升高会引发钙调蛋白依赖的肌球蛋白轻链激酶激活、肌球蛋白 20 kD 轻链磷酸化、肌动蛋白-肌球蛋白横桥形成/循环以及收缩过程，Ca²⁺ 敏感度由肌球蛋白轻链激酶和肌球蛋白轻链磷酸酶的相对活性决定。然而这些通路中具体环节的差异给人们的理解蒙上了阴影。

例如，L 型电压门控 Ca²⁺ 通道在肌源性张力中的作用可能因在体与离体而异。在体（仓鼠提睾肌微动脉）或以插管加压节段离体（仓鼠提睾肌微动脉）观察时，微动脉都发展出明显的肌源性张力。然而用 L 型 Ca²⁺ 通道拮抗剂地尔硫䓬（10 μM）处理时，离体制备的微动脉出现稳态舒张，但在体制备的微动脉肌源性张力对该拮抗剂的作用不具有反应性。后者并非由于在体时药物效力不足，因为 10 μM 地尔硫䓬能消除氧引起的微动脉收缩，也能消除血管运动（节律性管径振荡）。Hill 与 Meininger 也在大鼠上报告了在体提睾肌微动脉的肌源性张力对 Ca²⁺ 通道阻断剂无反应。Welsh 等人报告，仓鼠颊袋微动脉在体时地尔硫䓬与硝苯地平均不显著改变其稳态直径，而同样这些 Ca²⁺ 通道拮抗剂在离体颊袋加压微动脉上引起强烈舒张。这种差异有可能通过假设平滑肌细胞表达 L 型以外的电压门控 Ca²⁺ 通道来解释，正如肾微动脉和小肠系膜动脉中所报告的。然而，膜片钳研究显示，自仓鼠提睾肌微动脉和仓鼠颊袋微动脉分离的平滑肌细胞只显示高电压激活的二氢吡啶敏感 Ca²⁺ 通道电流。在体和离体微动脉之间这种差异似乎也不能归因于平滑肌静息膜电位或胞质 Ca²⁺ 水平的差异，因为两者在这两种实验条件下相似。这些数据提示，肌源性张力的机制可能是多样的，需要更多研究才能确定微循环中肌源性机制的信号通路。

在大微动脉和至少某些微动脉之间，肌源性张力的调制机制似乎也有差异。肌源性激活脑动脉平滑肌细胞中，BKCa（大电导 Ca²⁺ 激活 K⁺）通道由胞内 Ca²⁺ 库经兰尼碱受体（RyR）以"Ca²⁺ 火花"形式释放的 Ca²⁺ 所调控，这一 RyR-BKCa 通道的耦联参与了肌源性以及激动剂诱导的平滑肌张力的负反馈调控。最近对提睾肌供血小动脉的研究与此一致：RyR 似乎参与肌源性张力下的 Ca²⁺ 信号，并功能性耦联到 BKCa 通道，对肌源性张力起负反馈作用。然而与之对比，下游的二极提睾肌微动脉中 RyR 处于静默状态，不参与这些微血管中 Ca²⁺ 信号的调控或肌源性张力的调节；其 BKCa 通道改由其他来源的 Ca²⁺ 控制，例如通过电压门控 Ca²⁺ 通道内流的 Ca²⁺。与此假设一致，在相同在体条件下（此时电压门控 Ca²⁺ 通道亦显静默）微动脉平滑肌细胞中的 BKCa 通道在静息状态下也是静默的；并且提睾肌微动脉平滑肌细胞 BKCa 通道的 Ca²⁺ 设定点（通道 Ca²⁺ 依赖激活的阈值）较高，部分原因可能是与动脉平滑肌细胞相比，这些通道的调节性 β1 亚基表达较低。因此与大动脉相比，微动脉中肌源性张力的调控机制存在显著差异。

微循环中 RyR 功能也存在区域差异。与提睾肌微动脉中 RyR 似乎静默相反，肾微动脉的 RyR 似乎参与肌源性张力和血管收缩剂活性的正反馈调节，通过 Ca²⁺ 诱导 Ca²⁺ 释放（CICR）放大来自其他来源的 Ca²⁺ 信号。因此在动脉 vs 微动脉之间、不同部位的微动脉之间，肌源性张力的调控机制均存在差异，阻碍人们对微循环中此过程信号通路的理解。

毛细血管与周细胞

由末端微动脉分支出的毛细血管缺乏平滑肌细胞，但可被周细胞包绕，周细胞能够收缩并改变毛细血管内径。周细胞是带多个突起的细长细胞，像张开的手指握住圆柱体一样包绕在下方内皮细胞管外。与血管平滑肌细胞不同，周细胞被包在围绕内皮细胞的基底膜内。然而与血管平滑肌细胞一样，周细胞与内皮细胞以及其他周细胞之间形成缝隙连接，构成电学合胞体。周细胞参与微循环的多种功能，包括血管新生和血管重塑、微血管通透性调节以及局部血管阻力控制。本节的重点是最后一项功能。

支持周细胞在调节毛细血管灌注中具有血管运动功能的主要证据来自视网膜微循环的研究，那里周细胞与内皮细胞的比例接近 1:1。培养视网膜周细胞、分离的视网膜毛细血管以及完整视网膜制备的研究显示，视网膜周细胞对多种血管活性物质都能通过收缩或舒张反应产生毛细血管的收缩或舒张。类似地，在脑中，周细胞能对神经递质和自体活性物质作出反应，改变毛细血管内径从而引起局部毛细血管血管阻力的变化。脑毛细血管周细胞的收缩似乎在脑缺血后增强的血管阻力（即所谓的"无复流"现象）中发挥作用。不过最近用双光子共聚焦显微镜对活体小鼠脑微循环进行成像的研究提示，在双枯碱（bicuculine）诱导的神经元活动增加所伴随的脑血流增加过程中，周细胞可能不参与；然而在生理和病理条件下周细胞介导的脑毛细血管血管阻力变化的可能性仍然存在。在肾脏，肾小球系膜细胞和围绕下行直小血管的周细胞似乎在肾生理中发挥重要作用。骨骼肌中，毛细血管局部分施加的血管活性物质已被证明可引起毛细血管灌注的改变，过去一直认为这是从毛细血管内皮向上游微动脉的信号传导所引起的；由于该毛细血管床中周细胞密度可能较低，周细胞在此过程中的作用尚未被研究。但鉴于在其他系统中已观察到周细胞、内皮细胞与微动脉平滑肌之间的缝隙连接耦联，可以预期周细胞也可能参与骨骼肌微循环中毛细血管血流的调控。

周细胞表达多种与血管平滑肌细胞共有的蛋白，包括 α-平滑肌肌动蛋白、平滑肌肌球蛋白、SM22-α 以及参与 RhoA-Rho 激酶信号通路的蛋白。对视网膜和肾直小血管周细胞进行的电生理学研究表明，它们功能性表达电压门控 Ca²⁺ 通道、Ca²⁺ 激活 Cl⁻ 通道、内向整流 K⁺ 通道和 ATP 敏感 K⁺ 通道。在视网膜周细胞中，还记录到大电导 Ca²⁺ 激活 K⁺ 通道电流、电压门控 K⁺ 通道电流和非选择性阳离子通道电流。血管紧张素 II、内皮素-1 等激动剂可使视网膜和肾周细胞收缩并伴随胞内 Ca²⁺ 升高；这一 Ca²⁺ 升高似乎是受体介导的胞内 Ca²⁺ 库释放、非选择性阳离子通道和 Ca²⁺ 激活 Cl⁺ 通道的阳离子内流以及 K⁺ 通道抑制（使周细胞去极化）共同作用的结果；该去极化随后激活 L 型电压门控 Ca²⁺ 通道，进一步维持并叠加激动剂诱导的胞内 Ca²⁺ 升高。另一方面，通过腺苷酸环化酶-cAMP 信号起作用的血管舒张剂（腺苷、多巴胺、前列环素、异丙肾上腺素）则通过激活 K⁺ 通道、膜超极化、降低电压门控 Ca²⁺ 通道活性来舒张视网膜周细胞。肾小球系膜细胞也表达多种离子通道并展示与平滑肌类似的 Ca²⁺ 信号通路。

微静脉

毛细血管汇入毛细血管后微静脉，再汇合形成集合微静脉。这些血管由内皮细胞管及其外周近完全的周细胞层构成，而不含平滑肌细胞。较大的、含肌肉的微静脉可具有 1–2 层环向取向的平滑肌细胞。毛细血管后微静脉与集合微静脉连同上游毛细血管一起，是微循环中溶质和水交换的主要场所，也是炎症细胞黏附和跨壁迁移的重要位点。含肌肉的微静脉和更大的静脉对静脉顺应性具有重要贡献，因而影响心血管稳态。微静脉的血流动力学阻力低于微动脉，其原因在于同等口径下微静脉数量远多于微动脉；然而微静脉阻力的变化可对毛细血管和毛细血管后微静脉的流体静水压产生显著影响，进而强烈影响这些微血管中的水交换。

已有相当证据显示，直径 > 30 μm 的含肌肉微静脉可对多种血管收缩剂起反应，这支持微静脉平滑肌在调节微静脉直径、进而调节其顺应性和阻力方面具有作用。这些较大的微静脉似乎还受交感神经支配。然而，毛细血管后微静脉与集合微静脉外包绕的周细胞的血管运动功能仍不太清楚。这些血管似乎不受交感神经支配。然而仓鼠颊袋的研究提示，那些可能为周细胞而非平滑肌细胞所包绕的小微静脉显示出主动张力，并对升高的氧张力或去甲肾上腺素产生收缩反应。这些数据提示周细胞收缩可对微静脉血流动力学功能产生重要影响。尽管如此，微静脉周细胞的血管运动功能尚未被专门研究。鉴于视网膜、脑和肾毛细血管周细胞中观察到的证据，微静脉周细胞也具有收缩并引起微静脉直径、阻力和顺应性变化的能力看来是合理的。由于毛细血管后微静脉和集合微静脉也是微循环中溶质交换的重要位点，并在炎症引起的大分子通透性变化和白细胞跨壁迁移中起重要作用，周细胞在调节微静脉通透性方面的作用也很有可能存在。

本章个人批注

本章明显是一篇以微血管功能为切入点的综述，写作上偏重体内实验与显微观察证据，离体膜片钳、酶解分离、压力固定形态学等多种方法交叉佐证。我比较关注以下几方面：(i) 文中反复强调"在体和离体肌源性张力对 L 型通道阻断剂的反应不同"，作者给出的可能解释是 L 型以外的电压门控 Ca²⁺ 通道参与，但膜片钳数据显示颊袋和提睾肌微动脉平滑肌细胞只表达 L 型电流，于是"其他通道"的解释无法直接证实——这意味着这一差异可能来自方法学（如药物组织穿透不充分、给药时间窗问题、神经/血流/代谢因素被剥离等）而非分子层面；(ii) 提睾肌二级微动脉 RyR"沉默"与肾微动脉 RyR 介导 CICR 的对比，是同一种 Ca²⁺ 释放通道在不同部位发挥相反调节（负反馈 vs 正反馈）极有意思的例子；(iii) BKCa 通道的"高 Ca²⁺ 设定点"加上 β1 亚基表达较低这一组织学差异，提示微动脉平滑肌本身的离子通道组合就已经"调低"了负反馈增益，这可能是为什么稳态口径能维持得相对刚性；(iv) 周细胞部分对"pericyte-mediated capillary diameter regulation"是肯定的，但 2010 年 Fernàndez-Klett 等 PNAS 报告又对脑内周细胞在神经元激活引起的充血反应中的作用提出质疑，作者在该处用"the potential … remains"做了稳妥的折中；(v) 微静脉部分以含肌肉微静脉（> 30 μm）vs 周细胞包绕微静脉作功能二分，但周细胞那里的实验证据相对零散，未来要补的是直接测量周细胞收缩引起的微静脉直径变化。

与上下章的衔接（一段话）

上一章（第 88 章 Heterogeneity of Smooth Muscle）从分子机制章节跳到 SM 群体层面的异质性，按组织来源、收缩特征、胚胎起源、分子标记以及功能状态细分细胞亚群，并把肌成纤维细胞、肌上皮、肌样等"SM 样细胞"纳入同一谱系。本章（第 89 章 Microcirculation）则进一步把镜头从"细胞群体"切换到"器官-组织尺度"的微血管网络——也就是这些异质性 SM 细胞在体内的实际载体：微动脉、毛细血管和微静脉构成的微血管网络。读者在本章看到的"微动脉肌源性反应/肌源性张力"、"L 型通道在体离体差异"、"RyR 区域差异"、"BKCa 负反馈调节"、"周细胞作为毛细血管收缩效应器"等命题，其解释都依赖于第 88 章建立的"微动脉平滑肌 ≠ 阻力动脉平滑肌 ≠ 大血管平滑肌"这一异质性前提；下一章（第 90 章 Uterine Smooth Muscle）则会进入一个特定器官系统，把子宫平滑肌作为高度特化的内脏 SM 群体加以讨论，并将其与本章介绍的微血管调控逻辑在妊娠-分娩的血流需求变化中连接起来。