內膜是管壁的最內層，由內皮和內皮下層組成，是三層中最薄的一層。
1.內皮為襯貼於血管腔單層扁平上皮。內皮細胞長軸多與血液流動方向一致，細胞核居中，核所在部位略隆起，細胞基底麵附著於基板上。
電鏡觀察，可見內皮細胞腔面有稀疏而大小不一的胞質突起，表面覆以厚約30～60nm的細胞衣，相鄰細胞間有緊密連線和縫隙連線及10～20nm的間隙。內皮細胞核淡染，以常染色質為主，核仁大而明顯。在胞質內有發達的高爾基複合體、粗麵內質網和滑面內質網。
內皮細胞超微結構的主要特點是胞質中有豐富的吞飲小泡，或稱質膜小泡，直徑60～70nm。這些小泡是由細胞游離面或基底面的細胞膜內凹形成，然後與細胞膜脫離，經細胞質移向對面，又與細胞膜融合，將小泡內所含物質放出，故小泡有向血管內外輸物質的作用，細胞質內還可見成束的微絲和一種外包單位膜的桿狀細胞器，長約3μm直徑0.1～0.
3μm，內有6～26條直徑約15nm左右的平行細管，稱weibel-palade小體(w-p小體)w-p小體是內皮細胞特有的細胞器，一般認為它是合成和儲存與凝血有關的第ⅷ因子相關抗原的結構。
內皮細胞作為血管的內襯，形成光滑面，便於血液流動。內皮細胞和基板構成通透性屏障，液體、氣體和大分子物質可選擇性地透過此屏障。微絲收縮功能，5-羥色胺、組胺和緩激肽可刺激微絲收縮，改變細胞間隙的寬度和細胞連線的緊密程度，影響和調節血管的通透性。
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血管內皮細胞具有複雜的酶系統，能合成與分泌多種生物活性物質，如除上述f ⅷ外，還有組織纖維酶原活性物和前列環素、內皮素(有強烈縮血管作用，又稱內皮細胞收縮因子)，以及具有舒張血管作用的內皮細胞舒張因子。
內皮細胞表面有血管緊張素轉換酶，能使血漿中的血管緊張素ⅰ變為血管緊張素ⅱ，使血管收縮。內皮細胞還能降解5-羥色胺、組織胺和去甲腎上腺素等。
2.內皮下層內皮下層是位於內皮和內彈性膜之間的薄層結締組織，內含少量膠原纖維、彈性纖維，有時有少許縱平行滑肌，有的動脈的內皮下層深面還有一層內彈性膜，由彈性蛋白組成，膜上有許多小孔。在血管橫切面上，因血管壁收縮，內彈性膜常呈波浪狀。
一般以內彈性膜作為動脈內膜與中膜的分界。
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