Особенности функциональной системы дыхания

Дыхание — совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа.

Весь процесс дыхания можно разделить на несколько этапов:

1. внешнее дыхание (поступление воздуха в легкие и выход его из легких наружу);

2. диффузия газов из легких в кровь и из крови в легкие;

3. транспорт газов кровью;

4. диффузия газов из крови в ткани и из тканей в кровь;

5. тканевое дыхание (процессы окисления в тканях).

Гортань

Трахея

Легкое

Капиллярная сеть

Бронхи

Альвеолы

Бронхиальное дерево

ч**. "

Бронхи

Легочные альвеолы и их кровоснабжение

Воздуховодные

и респираторные пути

Рис. 8.3. Строение дыхательной системы

Обмен газов между кровью и воздухом осуществляет дыхательная система, ко­торая состоит из носовой полости, носоглотки, гортани, трахеи, бронхов и легких (рис. 8.3).

В верхних дыхательных путях (носовая полость, носоглотка, глотка) вдыха­емый воздух очищается от пылевых частиц, согревается и увлажняется. Носовая полость разделена на две части перегородкой. В каждой части носовой полости расположены три извилистых хода. Воздух поступает через наружные отверстия. Внутренний слой носовой полости покрыт мерцательным слизистым эпителием, который содержит кровеносные сосуды и железы. Через носоглотку и глотку воз­дух поступает в гортань, который также выстлан мерцательным эпителием.

Нижние дыхательные пути образуются гортанью, трахей, бронхами. Средний слой гортани, которая является органом голосообразования, состоит из хрящей, со­единенных между собой связками и мышцами. Внутренний слой также покрыт мер­цательным слизистым эпителием. Между слизистой оболочкой и хрящами распола­гаются голосовые связки. Воздух через гортань проходит в трахею. Трахея представ­ляет собой полый цилиндр, нижний конец которого делится на левый и правый пер­вичные бронхи. Трахея проводит воздух к бронхам, которые многократно ветвятся, утопьшаются, уменьшаются, образуя бронхиальное дерево (см. рис. 8.3). По бронхам воздух достигает альвеол (легочных пузырьков), где и происходит газообмен.

Легкие покрыты оболочкой — легочной плеврой, состоящей из двух листков, которые образуют герметически замкнутую плевральную полость, заполненную плевральной жидкостью. Давление внутри плевральной полости ниже атмосфер­ного, поэтому легкие всегда растянуты.

Легкие пассивно участвуют в дыхании. Дыхательные движения (вдох и выдох) осуществляются с помощью дыхательных мышц: межреберных мышц и диафраг-

„«л. Акт вдоха и выдоха ритмически сменяют друг друга. Вдох— это активный про­цесс, а выдох преимущественно осуществляется пассивно. За 1 мин взрослый че­ловек делает 15-20 дыхательный движений, физически тренированные люди — до 8-12, однако их дыхание более глубокое.

Ритмическая смена акта вдоха и выдоха, а также согласованная работа дыха­
тельных мышц обеспечивается нервно-гуморальной регуляцией. Основной дыха­
тельный центр расположен в продолговатом мозге: Он состоит из центра вдоха
И центра выдоха. Эти центры тесно функционально взаимодействуют. Автома­
тизм центра вдоха поддерживается и изменяется цод влиянием импульсов, по­
ступающих от дыхательных мышц, сосудистых рефлексогенных зон, различных
интеро- и экстерорецепторов, а также других гуморальных факторов (рН крови,
концентрация С0₂ и 0₂ в крови). Высшие дыхательные центры располагаются в
промежуточном мозге и в коре больших полушарий. Функция высших дыхатель­
ных центров заключается в изменении дыхания в зависимости от потребностей
организма и уровня обмена веществ, а также в регуляции произвольного дыха­
ния при разговоре, пении и т. д. ,

Показателем подвижности легких и грудной клетки является жизненная ем­кость легких (ЖЕЛ). ЖЕЛ — максимальный объем воздуха, который человек мо­жет выдохнуть после глубокого вдоха, отражает максимальные возможности ды­хательной системы. Величина ЖЕЛ зависит от возраста, пола, размеров, положе­ния тела, степени тренированности, состояния здоровья человека и т. д.

8.2.1. Морфофункциональные преобразования дыхательных путей и легких

У новорожденных носовые раковины относительно толстые, носовые ходы раз­виты слабо. Они интенсивно развиваются до 10 лет, окончательно формируются к 20 годам. Покровы нежные, хорошо снабжаются кровью и легко набухают. По­этому в первые годы жизни у детей часто возможно затрудненное дыхание.

Гортань у новорожденных короткая, широкая, расположена выше, чем у взрос­лых. Она быстро развивается в течение 4 лет жизни и в период полового созрева­ния. В 6-7 лет у детей появляются половые отличия. У мальчиков гортань крупнее, в 10-12 лет появляется выступ (кадык), в строении голосовых связок происходят изменения и голос мутирует. Слизистая оболочка гортани в этом возрасте особен­но восприимчива к раздражителям, микроорганизмам, воспалительным реакциям, она быстро набухает, поэтому голос часто меняется или пропадает.

Трахея и бронхи у новорожденных короткие, вследствие этого инфекция быс­тро проникает в легкие. Слизистые оболочки их тонкие, нежные и быстро пора­жаются инфекцией.

Легкие у плода плотные и спавшиеся. Они расправляются после первого вдо­ха и у новорожденных еще неразвиты. Образование альвеолярных ходов закан­чивается к 7-9 годам, альвеол —12-15 годам, легочной ткани — 15-25 годам. Уве­личение объема легких происходит до 25 лет.

Плод получает 0₂ и удаляет С0₂ посредством плацентарного кровообраще­ния. Однако у него уже наблюдаются ритмические дыхательные движения часто­той 38-70 циклов в мин. Эти движения сводятся к небольшому расширению груд. ной клетки, которое сменяется более длительным спадом и еще более длительной паузой. В легких возникает небольшое отрицательное давление в межплевральной щели из-за отхождения наружного листка плевры и увеличения межплевральной щели. Дыхательные движения плода происходят при закрытой голосовой щели, поэтому в дыхательные пути околоплодная жидкость не попадает.

Дыхательные движения способствуют увеличению скорости движения кро­ви по сосудам и ее притоку к сердцу, что улучшает кровоснабжение плода. Они являются своеобразной формой тренировки той функции, которая понадобится организму после его рождения.

С момента рождения ребенка, еще до пережатия пуповины, начинается ле­гочное дыхание. Легкие полностью расправляются после первого вдоха.

Причинами первого вдоха являются:

^я избыточное накопление С0₂ и обеднение 0₂ крови после прекращения пла­центарного кровообращения;

* изменение условий существования;

■ раздражение кожных рецепторов (механо- и термоцепторов);

^в разное давление в межплевр^а'ль'нбй щели и дыхательных путях (может достиг­нуть 70 мм вод. ст., что в 10-15 раз больше, чем при последующем спокойном дыхании).

При осуществлении первого вдоха преодолевается значительная упругость легоч­ной ткани, которая обусловлена силой поверхностного натяжения спавшихся аль­веол. Для растяжения легких еще не дышавших детей давление воздушного пото­ка должно быть примерно в 3 раза выше, чем у детей, перешедших на спонтанное дыхание.

Процесс первого вдоха облегчается поверхностно активным веществом — сур-фактантом, которое в виде тонкой пленки покрывает внутреннюю поверхность альвеол. Сурфактант уменьшает силу поверхностного натяжения и работу, необхо­димую для вентиляции легких, а также поддерживает в расправленном состоянии альвеолы, предохраняя их от слипания. Это вещество начинает синтезироваться на 6 месяце внутриутробной жизни. При наполнении альвеол воздухом сурфактант мономолекулярным слоем растекается по поверхности альвеол. У нежизнеспособ­ных новорожденных, погибших от слипания альвеол, сурфактант отсутствует.

Давление в межплевральной щели новорожденного во время выдоха равно АД, во время вдоха уменьшается и становится отрицательным (у взрослых АД отрицательно и во время вдоха, и во время выдоха).

У новорожденных детей число дыхательных движений составляет 40-60 в мин, минутный объем дыхания* — 600-700 мл.

* Минутный объем дыхания (МОД) — количество воздуха прошедшего через дыхатель­ные пути за мин. МОД равен произведению глубины вдоха на частоту дыхания.

8.2.2. Частота, глубина, ритм и типы дыхания

Дыхание у детей частое и поверхностное, так как у них преобладает диафрагмаль-цое дыхание*, которое требует преодоления сопротивления органов брюшной полости (у детей относительно большая печень и частые вздутия кишечника).

Частота дыхания у детей разных возрастов:

1-2 мес. 1-3 года 4-6 лет 7-9 лет 10-12 лет 13-15 лет

35-48 ^8-35 .24-26 21-23 18-20 17-18

Из-за легкой возбудимости дыхательного центра частота дыхания у детей сущест­венно меняется в течение дня под влиянием различных воздействий: психические возбуждения, физическая нагрузка, повышение-температуры тела и среды.

До 8 лет частота дыхания у мальчиков несколько больше, чем у девочек. К пе­риоду полового созревания частота дыхания у девочек становится больше. Такое соотношение сохраняется в течение всей жизни.

У новорожденных и у грудных детей дыхание аритмично. Глубокое дыха­ние сменяется поверхностным. Паузы между вдохом и выдохом неравномерны. Продолжительность вдоха и выдоха у детей короче, чем у взрослых: вдох ра^ен 0,5-0,6 с (у взрослых 0,98-2,82 с), а выдох — 0,7-1 с (у взрослых 1,62-5,75 с). Со­отношение между вдохом и выдохом становится таким же, как у взрослых, уже с момента рождения: вдох короче выдоха.

Грудное дыхание у новорожденного затруднено, так как грудная клетка имеет пирамидальную форму, а верхние ребра, рукоятка грудины, ключица и весь пле­чевой пояс расположены высоко, ребра лежат почти горизонтально, дыхательная мускулатура грудной клетки еще слаба. Когда ребенок начинает ходить и все чаще занимает вертикальное положение, его дыхание становится грудобрюшным**. С 3-

7 лет вследствие развития мышц плечевого пояса грудной тип дыхания*** начина­ет преобладать над диафрагмальным. Половые различия типа дыхания начинают проявляться с 7-8-летнего возраста, формирование заканчивается к 14-17 годам.

8 этом возрасте у девушек — грудной тип дыхания, а у юношей — брюшной.

Дыхательный объем (объем воздуха, который человек вдыхает и выдыхает в со­стоянии покоя) у новорожденного ребенка составляет всего 15-20 мл. Объем

* Диафрагмальное дыхание — дыхание, осуществляемое за счет сокращения диафраг­мы и брюшных мышц.

** Грудобрюшное дыхание (смешанное дыхание) — дыхание, при котором активны мыш­цы грудной и брюшной полостей, а также диафрагма.

*** Грудное дыхание — дыхание, при котором происходит активное движение грудной . клетки: расширение грудной клетки и втягивание живота при вдохе и обратные движения — при выдохе.

легких во время вдоха увеличивается незначительно. В этот период обеспечение организма 0₂ происходит за счет высокой частоты дыхания. В процессе развития организма с уменьшением частоты дыхания увеличивается дыхательный объем:

Возраст	Дыхательный объем
1-12 мес.	30-70
1-3 года	70-115
4-6 лет	120-160
7-9 лет	160-230
10-12 лет	230-260
13-15 лет	280-375

Относительный объем дыхания (отношение дыхательного объема к массе тела) у детей больше, чем у взрослых, поскольку у детей высокий уровень обмена ве­ществ и потребления 0₂.

ЖЕЛ определяется у детей в 5-6 лет, так как для этого необходимо активное и сознательное участие самого ребенка. У новорожденного определяют так назы­ваемую жизненную емкость крика. Считается, что при сильном крике объем вы­дыхаемого воздуха равен ЖЕЛ. В первые минуты после рождения он составляет 56-110 мл.

8.2.3. Особенности поступления кислорода у детей

В процессе развития организма общее количество поступающего в минуту 0₂ увеличивается, а его относительное потребление на 1 кг массы тела и дыхатель­ный эквивалент* уменьшаются.

У детей относительно высокое содержание 0₂ в выдыхаемом воздухе, так как у них, по сравнению с взрослыми, меньше кислорода переходит из альвеол в кровь. С возрастом содержание 0_2> а с ним и его парциальное давление в аль­веолярном воздухе становится ниже, а содержание и парциальное давление С0₂ в альвеолярном воздухе возрастает.

У новорожденных газообмен осуществляется не только в альвеолах, но и в дыхательных ходах, поэтому соотношение между анатомическим и физиологичес­ким мертвым пространством (дыхательные пути, в которых не происходит газо­обмен) у них иное, чем у взрослых.

Мертвое дыхательное пространство у новорожденных равно 4,4-5 мл, что составляет 30-32 % от дыхательного объема. Альвеолярная вентиляция у ново­рожденных — 120-151 мл/мин/кг (по соотношению между мертвым дыхательным пространством, дыхательным объемом и частотой дыхания).

У ребенка 6-7 лет физиологическое мертвое дыхательное пространство в 2 раза меньше, чем у взрослого, оно занимает 22-26 % от дыхательного объема.

* Дыхательный эквивалент — отношение минутного объема дыхания к величине факти­ческого потребления Ог в мин, умноженное на 10.

3 8-9 лет — 27 %, в 10-11 лет — 28 %. У подростков дыхательное пространство _все еще меньше, чем у взрослого, но доля его в дыхательном объеме такая же, как у взрослых (33 %).

По мере развития ребенка с увеличением альвеолярной вентиляции увеличи-₈ается и скорость поступления 0₂ в альвеолы. Однако, поскольку уровень окис­лительных процессов с возрастом замедляется, то уменьшается количество 0₂ на

1 кг массы, поступающее в альвеолы за 1 мин.

Несмотря на то, что дыхательные движения совершаются с ранних этапов он­
тогенеза, у плода и грудного ребенка дыхательный дентр морфологически и функ­
ционально не оформлены. ,'.

Дыхательные движения плода регулируются частью дыхательного центра, ко­торый расположен в продолговатом мозге. Высшие отделы дыхательного центра на регуляцию дыхания не влияют. Корковая (произвольная) регуляция дыхания возникает вместе с речью.

Дыхательный центр плода, новорожденных нетрудных детей обладает низ­кой возбудимостью. С возрастом возбудимость дыхательного центра постепенно растет и в школьном возрасте становится такой же,^;как у взрослых. В период по­лового созревания возбудимость дыхательного цейтра повышается, что приводит к ухудшению координации дыхания. В этом периоде при небольшом снижении количества 0₂ во вдыхаемом воздухе часто возникает гипоксемия.