7.2. Система органов дыхания.

А.Значение органов дыхания.Жизнедеятельность организма связана с постоянным расходованием энергии, которая тратится на работу различных органов и согревание тела. Энергия освобождается при распаде белков, жиров и углеводов. Этот распад сопровождается окислением, при котором сложные молекулы органических веществ присоединяют кислород и расщепляются.

Кислород, необходимый организму, поступает из внешней среды в органы дыхания и отсюда доставляется клеткам кровью. При распаде веществ в клетках образуется углекислый газ, который уносится кровью и выделяется главным образом через лёгкие в атмосферный воздух. Таким образом, значение органов дыхания заключается в том, что они обеспечивают газообмен между организмом и внешней средой.

Без энергии и кислорода, участвующего в её освобождении, не может протекать ни один жизненный процесс. Следовательно, от деятельности органов дыхания зависит работа всех органов тела. Однако, органы дыхания нуждаются в притоке питательных веществ и выносе продуктов распада. Поэтому и деятельность органов дыхания в свою очередь зависит от функции органов кровообращения, пищеварения, выделения.

В процессе дыхания устанавливается связь и взаимодействие между организмом и внешней средой. Вследствие этого взаимодействия происходят различные химические превращения в организме и изменяется состав воздуха окружающей его среды.

К системе органов дыхания относят гортань, трахею, бронхиилёгкие. Проникновение воздуха в гортань происходит через носовую или ротовую полость и глотку.

У высших позвоночных животных (начиная с рептилий) и у человека основным типом дыхания является легочное дыхание.Это сложный процесс газообмена с окружающей средой, складывающийся из ряда последовательных процессов: газообмена между легочным воздухом и внешним атмосферным воздухом, обмена газов между кровью и легочным воздухом, транспорта газов с кровью по всему организму, обмена газов в тканях организма, потребления кислорода, выделения углекислого газа в клетках в процессе тканевого метаболизма.

Б. Химический состав атмосферного воздуха и его значение для здоровья. Вдыхаемый воздух состоит (в % к общему объему) из кислорода — 20,95 %, углекислого газа — 0,03—0,04 %, азота — 79,02% и водяных паров—0,47%. Кроме того, в нем в небольших количествах содержатся гелий, озон, водород и другие газы. Содержание кислорода в воздухе относительно постоянно, оно изменяется только при подъеме на большие высоты или в герметически изолированных помещениях. Озон (О_з) образуется из кислорода при электрических разрядах, например, во время грозы и при ультрафиолетовой радиации. Озон обеззараживает воздух.

Допустимое для здоровья предельное содержание СО , при котором уже должны быть приняты меры для его снижения, — не свыше 0,1%.

Окись углерода (СО) опасна для жизни; признаки отравления появляются при содержании 0,01, а максимально переносимое содержание—0,02 объемного процента.

Азот не оказывает влияния на здоровье, но при повышении его давления выше 8 атмосфер он производит наркотическое действие. Примеси аммиака и сероводорода, появляющиеся в воздухе при гниении органических веществ, содержащих азот, требуют улучшения его состава, так как могут вызвать отравление. Допустима концентрация пыли в воздухе не свыше 2 мг/м³, сернистого ангидрида—0,05 мг/м³. В чистом воздухе жилых помещений содержится в 1 м³ летом до 1500, а зимой до 4500 микроорганизмов. Количество водяных паров в воздухе зависит от его температуры.

В. Общий план строения органов дыхания. Органы дыхания человека представлены воздухоносными путями, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух, и легкими, где происходит обмен газов.

Дыхательные пути начинаются носовой полостью, которая отделена от ротовой полости спереди твердым, а сзади мягким нёбом. Носовая полость имеет костный и хрящевой остов и сплошной перегородкой делится на правую и левую части. Носовые раковины разделяют носовую полость на ряд узких носовых щелей, по которым проходит вдыхаемый и выдыхаемый воздух.

Из носовой полости воздух проходит в носоглотку, а затем в гортань.

Гортань располагается впереди гортанной части глотки на уровне IV—VI шейных позвонков и образована хрящами: щитовидным, двумячерпаловиднымииперстневидным. К верхнему краю щитовидного хряща прикрепляетсянадгортанник,который закрывает вход в гортань во время глотания и препятствует попаданию в нее пищи. От щитовидного хряща к черпаловидному (спереди назад) идут две голосовые складки. Пространство между ними называютголосовой щелью.

На уровне VI—VII шейных позвонков гортань переходит в трахею, имеющую длину 12 см.Трахея делится на два бронха, которые входят в правое и левое легкие. Трахея и бронхи состоят из хрящевых полуколец, не замкнутых с задней поверхности. Хрящевые полукольца придают упругость дыхательным путям и делают их не спадающимися и тем самым легко проходимыми для воздуха.

В правом и левом легких бронхи древовидно ветвятся на более мелкие бронхи, которые входят в легочные дольки и образуют еще более мелкие дыхательные ветви — бронхиолы. Мельчайшие дыхательные бронхиолы диаметром около 0,5 мм разветвляются на альвеолярные ходы, которые заканчиваются альвеолярными мешочками. Альвеолярные ходы и мешочки на стенках имеют выпячивания в виде пузырьков, которые называют альвеолами.Диаметр альвеол равен 0,2—0,3 мм, а их количество достигает 300—400 млн., благодаря чему создается большая дыхательная поверхность легких.

Альвеолы состоят из очень тонкого плоского эпителия, который снаружи окружен сетью мельчайших, тоже тонкостенных, кровеносных сосудов, что облегчает обмен газов.

Легкие располагаются в герметически закрытой грудной полости. Задняя стенка грудной полости образована грудным отделом позвоночника и отходящими от позвонков, подвижно присоединенными ребрами. С боков она образована ребрами, спереди — ребрами и грудиной. Между ребрами располагаются межреберные мышцы (наружные и внутренние). Снизу грудная полость отделяется от брюшной диафрагмой,куполообразно изогнутой в грудную полость.

У человека два легких — правое и левое. Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух. Суженную верхнюю часть легких называют верхушкой. Различают ворота легкого , через которое проходят бронхи, кровеносные сосуды (легочная артерия и две легочные вены), лимфатические сосуды и нервы. Совокупность этих образований носит название корня легкого.

Легкие покрыты оболочкой — плеврой. Она состоит из двух листков: внутреннего(висцерального)и наружного(париетального). Внутренний листок плевры покрывает легкие и является их наружной оболочкой, которая по корню легко переходит в наружный листок плевры, выстилающий стенки грудной полости (является ее внутренней оболочкой). Таким образом, между внутренним и наружным листками плевры образуется герметически замкнутое пространство, которое называютплевральной полостью. Плевральная полость заполнена плевральной жидкостью,которая смачивает листки плевры и облегчает их скольжение относительно друг друга.

Г. Механизм дыхательного акта. Ритмические дыхательные движения являются результатомкоординированной работы межреберных мышц и диафрагмы. При акте вдоха происходит сокращение дыхательных межреберных мышц, приподнимающих ребра, одновременно сокращаются мышцы диафрагмы, купол ее, направленный в сторону грудной полости, опускается, органы брюшной полости отодвигаются вниз — происходит увеличение объема грудной клетки. Легкие всегда целиком заполняют грудную полость и следуют за всеми изменениям объема грудной клетки при сокращении и расслаблении дыхательных мышц. При вдохе диафрагма в среднем опускается на 3—4 см; опускание ее у человека на 1 см увеличивает объем грудной клетки на 250—300 мл. Увеличение объема грудной клетки приводит к увеличению объема легких, которые атмосферным давлением прижимаются к стенке грудной клетки. Увеличение объема легких приводит к уменьшению давления в их полости и поэтому наружный атмосферный воздух в силу разности давлений поступает в них.

При акте выдоха наступает расслабление межреберных мышц (ребра опускаются) и мышц диафрагмы (купол диафрагмы приподнимается и давит на органы грудной полости, в частности сдавливает легкие). В результате этого объем грудной клетки уменьшается, соответственно уменьшается и объем легких, давление в полости легких становится выше атмосферного и поэтому воздух выталкивается из легких наружу через дыхательные пути.

Д. Жизненная емкость легких. Жизненной емкостью легкихназывают то количество воздуха, которое может человек выдохнуть после максимального вдоха или максимально вдохнуть после максимального выдоха.

Жизненная емкость легких определяется прибором спирометром, а метод ее определения называют методом спирометрии.

Величину жизненной емкости легких составляют несколько объемов воздуха: дыхательный(500 см³),резервныйобъем вдоха (1500 см³) ирезервныйобъем выдоха(1500 см³).

Дыхательным объемом легких называют то количество воздуха, которое человек выдыхает при спокойном дыхании. Оно равно в среднем 500 см³. Но после спокойного выдоха человек может еще выдохнуть (не делая дополнительного вдоха) какой-то определенный объем воздуха, оставшегося в легких. То количество воздуха, которое человек может выдохнуть после спокойного выдоха, называютрезервным объемом выдохалегких. Его величина в среднем составляет 1500 см³.

Осуществив спокойный вдох, человек может еще усиленно вдохнуть (не делая выдоха после спокойного вдоха) около 1500—2000 см³ воздуха. Это количество воздуха называютрезервным объемом вдоха.Его спирометром не определяют, а рассчитывают, вычитая из жизненной емкости сумму дыхательного объема и резервного объема выдоха.

Жизненная емкость легких в среднем у взрослого человека равна 3500 — 4000 см³, у мужчин она несколько больше, чем у женщин.

Жизненная емкость легких не характеризует всего объема воздуха, находящегося в легких. После того как человек максимально выдыхает, в его легких остается большое количество воздуха. Оно составляет 1000—1200 см³,и называют егоостаточнымобъемом легких. Этот объем вместе с резервным объемом составляетнормальную емкостьлегких.

Е. Связывание кислорода кровью.В артериальной крови 0,25 объемных процентов кислоpîäà находится в состоянии физического растворения в плазме, а остальные 18,75 объемных процентов - в эритроцитах в связанном состоянии с гемоглобином в видеоксигемоглобина. Связь гемоглобина с кислородом зависит от величины напряжения газов: если оно увеличивается, гемоглобин присоединяет кислород и образуется оксигемоглобин. При уменьшении напряжения кислорода оксигемоглобин распадается и отдает кислород.

Свойство гемоглобина — легко насыщаться кислородом, даже при небольших давлениях, и легко его отдавать — это очень важно.

Благодаря легкой отдаче гемоглобином кислорода, при сниженном парциальном давлении последнего, обеспечивается бесперебойное снабжение тканей кислородом, в которых вследствие постоянного потребления кислорода его парциальное давление равно нулю.

Распад оксигемоглобина на гемоглобин и кислород увеличивается с повышением температуры тела. Диссоциация оксигемоглобина зависит от реакции среды плазмы крови. С увеличением кислотности крови возрастает диссоциация оксигемоглобина.

Связывание гемоглобина с кислородом в воде осуществляется быстро, но полного его насыщения не достигается, так же как не происходит полной отдачи кислорода при снижении его парциального давления. Более полное насыщение гемоглобина кислородом и полная его отдача при понижении напряжения кислорода происходят в растворах солей и в плазме крови.

Особое значение в связывании гемоглобина с кислородом имеет содержание СО₂в крови. Чем больше содержится углекислоты в крови, тем меньше связывается гемоглобин с кислородом и тем быстрее происходит диссоциация оксигемоглобина. Особенно резко понижается способность гемоглобина соединяться с кислородом при давленииCO₂, равном 46 мм рт. ст., т. е. при величине, соответствующей напряжению СО₂в венозной крови. Влияние СО₂на диссоциацию оксигемоглобина очень важно для переноса газов в легких и тканях.

В тканях содержится большое количество CO₂и других кислых продуктов распада, образующихся в результате обмена веществ. Переходя в артериальную кровь тканевых капилляров, они способствуют более быстрому распаду оксигемоглобина и отдаче кислорода тканям.

В легких же, по мере выделения CO₂из венозной крови в альвеолярный воздух, с уменьшением содержанияCO₂ в крови увеличивается способность гемоглобина соединяться с кислородом. Тем самым обеспечивается превращение венозной крови в артериальную.

Ж. Связывание углекислого газа кровью.В артериальной крови содержится 50—52 % СО₂, а в венозной на 5—6 % больше — 55— 58 %. Из них 2,5—2,7 объемного процента в состоянии физического растворения, а остальная частьCO₂ переносится в виде солей угольной кислоты. Часть углекислого газа (от 10 до 20 объемных процентов) может транспортироваться в виде соединений с аминогруппой гемоглобина —карбгемоглобина.

На связывание CO₂кровью влияет присутствие оксигемоглобина в крови. Эту зависимость можно проследить при переходе артериальной крови в венозную.

В сосудах легких образование оксигемоглобина способствует отдаче СО₂, содержание которого при превращении венозной крови в артериальную уменьшается с 58 до 52 объемных процентов. При повышенном содержании кислорода во вдыхаемом воздухе из крови удаляется весьCO₂. В присутствии азота, даже при нулевом напряженииCO₂в окружающей среде, часть углекислого газа остается связанной с кровью.

З. Газообмен в легких. Обмен газов в легких происходит в альвеолах. Альвеолы лежат в сети эластичных соединительных волокон, выполняющих опорную функцию и придающих легким эластичность и упругость. Общая поверхность всех альвеол, через которую диффундируют газы, составляет у взрослого человека примерно 100-120 м²что более чем в 50 раз превышает поверхность кожи. Этим определяется резкое снижение роли кожи как органа дыхания у высших позвоночных, в том числе и у человека.

Стенки альвеол очень тонки, и газы легко диффундируют через них из полостей альвеол в кровеносные капилляры. Через легочные капилляры протекает около 5 л крови в минуту. Суммарная толщина мембраны, разделяющей альвеолярный воздух и кровь, составляет 4 мкм и образована двумя слоями плоских клеток; эндотелия кровеносных капилляров и эпителиальных клеток, выстилающих поверхность альвеол. Скорость газообмена через мембрану достаточно велика, чтобы установилось почти полное равновесие между кровью, протекающей через легочные капилляры, и воздухом, содержащимся в альвеолах, хотя кровь пребывает в кровеносных капиллярах альвеол не более 2 с .

Для физиологических процессов газообмена основное значение имеет парциальное давление,которое развивают газы в альвеолах (пропорционально их процентному содержанию).

Как видно, атмосферный воздух значительно изменяет свой газовый состав после газообмена с кровью в легочных альвеолах. Диффузия О₂иCO₂ происходит вследствие разности между парциальным давлением этих газов в альвеолярном воздухе и напряжением их в крови.Напряжение СО₂и О₂есть концентрация этих газов, растворенных в жидкости; оно определяется величиной парциального давления этих газов в газовой смеси, с которой растворимые газы находятся в равновесии при атмосферном давлении. Каждый газ растворяется в жидкости в зависимости от своего парциального давления. Напряжение О₂в артериальной крови равно 100 мм рт. ст., а СО₂- 40 мм рт. ст., в венозной крови соответствующие значения этих величин - 40 и 46 мм рт. ст. В альвеолярном воздухе парциальное давление 0₂составляет 102,aCO₂- 40 мм рт. ст. Следовательно, разность между напряжением газов в венозной крови и их давлением в альвеолярном воздухе равна для О₂примерно 62, а для СО₂- мм рт. ст. Вследствие более низкого парциального давления СО₂в альвеолярном воздухе (по сравнению с напряжением его в венозной крови) он переходит путем диффузии из крови легочных капилляров в альвеолярный воздух. В результате более высокого парциального давления О₂в альвеолярном воздухе, по сравнению с его напряжением в венозной крови, О₂поступает из альвеолярного воздуха в кровь капилляров легких. Потребность человека в кислороде составляет примерно 350 мл/мин (при физической работе эта величина возрастает до 5000 мл/мин). Условия газообмена в альвеолах легко обеспечивают такой уровень потребления О₂организмом: разности в парциальных давлениях в 1 мм рт. ст. уже достаточно, чтобы в кровь из альвеол перешло 250 мл О₂ (реально наблюдаемая разность напряжений О₂в альвеолярном воздухе и крови составляет 62 мм рт, ст.).

И. Транспорт газов кровью.Под влиянием разности парциального давления в альвеолярном воздухе и напряжения в венозной крови О₂из легочных альвеол проникает в легочные кровеносные капилляры. Транспортная функция крови в основном обеспечивается эритроцитами, содержащими гемоглобин, обладающий высоким сродством к О₂. 98 % О₂крови связано с. гемоглобином.

Все дыхательные пигменты - переносчики О₂— представляют собой сложные металлорганические комплексные соединения, большая часть которых содержит атомы железа, меньшая—атомы меди. Основным свойством переносчиков О₂является ихспособность обратимо присоединить количество О₂ , необходимое для обеспечения потребностей в нем организма.

Наиболее распространенными пигментами — переносчиками О₂- являютсягемоглобинигемоцианины.Гемоглобин (НЬ), содержащийся в эритроцитах позвоночных животных, является хромопротеидом. Он состоит из белка - глобина (96 %) и характерной простетической группы (4%). Молекула НЬ состоит из 4 полипептидных цепей с атомомFe⁺²в каждой. Функциональное значение НЬ определяется способностью его к образованию непрочной химической связи с О₂. В органах дыхания (легких или жабрах) 0₂поступает в эритроциты крови и соединяется там с гемоглобином, образуя непрочное химическое соединение -оксигемоглобин.

Реакция оксигенации(образование оксигемоглобина) является обратимой, тесно связанной с количеством О₂в крови. В тканях организма, в кровеносных капиллярах различных органов происходит распад НЬО₂— “восстановление” НЬ и освобождение свободного О₂, используемого в процессах тканевого метаболизма.

Молекулы НЬ, соединяясь с СО₂, образуют по типу карбаминовой связи непрочное соединение -карбгемоглобин(НЬСО₂), принимающий участие в процессе удаления из организма части СО₂, образовавшегося в ходе тканевого метаболизма.

К гемоглобину, точнее к имеющемуся в его составе Fe⁺², легко присоединяется оксид углерода — угарный газ СО, образуякарбоксигемоглобин(НЬСО). Ядовитое действие СО определяется тем, что сродство НЬ к нему почти в 300 раз выше, чем сродство НЬ к О₂. При вдыхании воздуха, в котором содержится СО, последний вытесняет О₂из Нb, занимая его место, в результате чего подавляется дыхательная функция крови/

Общая схема обмена О₂ выглядит следующим образом. Основной переносчик 0₂в крови - НЬ связывает его и образует НЬО₂лишь при высокой концентрации 0₂в крови. Такие условия достигаются в артериальной крови, оттекающей от легких. При взаимодействии НЬ с О₂концентрация свободного 0₂в плазме крови понижается, что, в свою очередь, способствует диффузии новых порций 0₂из легких в кровь. Этот процесс продолжается до тех пор, пока весь НЬ крови не перейдет в НЬО₂. Высокая разность парциального давления 0₂в альвеолярном воздухе и напряжения 0₂в венозной крови, поступающей к легким, делает возможным почти полное насыщение крови 0₂. Благодаря высокому сродству НЬ к О₂ 100 мл крови способны переносить 19—20 мл О₂. Иная картина обмена О₂наблюдается в капиллярах: поскольку в них постоянно расходуется О₂для обеспечения нормального хода обменных метаболических процессов, концентрация там этого газа сильно падает. В связи с этим О₂начинает диффундировать из плазмы крови капилляров в окружающую ткань. Таким образом, усвоение организмом О₂связано с обратимой реакцией образования и разложения НЬО₂.

Транспорт диоксида углерода кровью.В процессе тканевого метаболизма в организме взрослого человека образуется около 500 мл СО₂.

Содержание СО₂в клетках и тканях организма значительно выше, чем в плазме крови, поэтому он диффундирует из тканей в кровь. Движение газа через жидкие среды организма зависит как от градиента давления, так и диффузионной способности данного газа. Диффузионная способность СО₂примерно в 30 раз превышает величину диффузионной способности О₂. Наибольшую величину имеет парциальное давление СО₂в тканях, где происходит его образование. Напряжение СО₂в венозной крови на 6-8 мм рт. ст, превышает парциальное давление этого газа в альвеолярном воздухе, поэтому СО₂в легочных кро­веносных капиллярах переходит из венозной крови в альвеолярный воздух. Лишь небольшая часть СО₂( 3 %) переносится плазмой крови в растворенном виде. Примерно 10 % СО2 транспортируется в виде карбгемоглобина НЬСО₂.

Переход CO₂из тканей в кровь сопровождается его гидратацией, а переход из крови в альвеолярный воздух - дегидратацией

Поступление СО₂из тканей в кровь уменьшает сродство НЬ к О₂. Поэтому при высоком парциальном давлении СО₂требуется более высокое парциальное давление О₂для насыщения гемоглобина крови кислородом. Диффузия СО₂из ткани в кровеносные капилляры облегчает процесс отщепления О₂от НЬ, а выдыхание СО₂из легких способствует насыщению крови в легочных капиллярах О₂.

К. Регуляция дыхания. Регуляция дыхательных движений, обеспечивающих функцию внешнего дыхания, определяется потребностями тканей организма в кислороде. Управление дыханием осуществляется изменением глубины и частоты дыхания. Поскольку функция внешнего дыхания в животном мире относится к числу ритмических функций, одной из задач системы управления дыханием в организме является обеспечение нормальной ритмики дыхательных движений. Центральные нервные структуры управления дыханием расположены в спинном и головном мозге.Межреберные мышцы получают двигательную иннервацию от торакальной области спинного мозга, диафрагма иннервируется его шейными сегментами. Мотонейроны, иннервирующие межреберные мышцы, расположены в передних рогах грудного отдела спинного мозга, а мотонейроны диафрагмального нерва - в передних рогах III-IV шейных сегментов спинного мозга.

Дыхательным центромназывается совокупность нервных клеток, расположенных в разных отделах центральной нервной системы и обеспечивающих координированную ритмическую деятельность дыхательных мышц в целях приспособления дыхания к изменениям внешней и внутренней среды организма. Дыхательный центр головного мозга представленинспираторным центром(группа нервных клеток, управляющих вдохом),экспираторным центром(центр выдоха) ипневмотаксическим центром(регулирует работу инспираторного и экспираторного центров). Центры вдоха и выдоха расположены в продолговатом мозге, пневмотаксический центр - в верхней части варолиева моста среднего мозга. Клетки пневмотаксического центра во время выдоха вызывают возбуждение центра выдоха и тем самым обеспечивают ритмическое чередование актов вдоха и выдоха. Нервные импульсы, возникающие в дыхательном центре продолговатого мозга, поступают к подчиненным двигательным центрам спинного мозга или двигательным центрам блуждающих и лицевых нервов. При нормальном дыхании управляющие импульсы из центра вдоха поступают к межреберным мышцам и диафрагме, вызывая их сокращение, что приводит к увеличению объема грудной клетки и поступлению воздуха в легкие. Увеличение объема легких возбуждает рецепторы растяжения, расположенные в стенках легких, импульсы от них по центростремительным нервам поступают в экспираторный центр. Активация нейронов экспираторного центра подавляет активность нейронов центра вдоха, и поток нервных импульсов к дыхательным мышцам прекращается. Межреберные мышцы расслабляются, объем грудной полости уменьшается и воздух из легких вытесняется наружу. Существует две петли обратной связи в управлении частотой и глубиной дыхательных движений (хеморецепторная — из рефлексогенных зон сосудов и механорецепторная — от рецепторов растяжения, реагирующих на растяжение и спадение легких и грудной клетки, и растяжение межреберных мышц).

Главным фактором,определяющим уровень дыхательных движений в организме, являетсяконцентрации углекислого газа в крови.Повышение его содержания увеличивает возбудимость структурдыхательного ипневмотаксического центров, в результате чего усиливается и учащается дыхание. Первый вдох у новорожден­ного также связан с увеличением концентрации СО₂в крови ребенка после отделения его от плаценты. Эта концентрация, достигнув порогового значения, активизирует нервные структуры дыхательного центра. Экспериментальными исследованиями показано, что основным фактором, стимулирующим деятель­ность структур дыхательного центра, является не уменьшение количества кислорода, а увеличение углекислого газа в крови. С понижением концентрации углекислого газа в крови связана задержка в дыхании, наступающая после нескольких глубоких дыхательных движений, так как при этом из крови вымывается большое количество углекислого газа и концентрация последнего в ней падает ниже порогового (т.е. стимулирующего вдох) значения. Стимулирующий эффект повышенного содержания СО₂в крови связан как с прямым действием его на клетки дыхательного центра, так и с опосредованным рефлекторным влиянием на дыхательный ритм через хеморецепторы кровеносных сосудов.

Другим важным фактором регуляции постоянства газового состава крови является рефлекторный механизм регуляции глубины и частоты дыхательных движенийпутем активации хеморецепторов каротидных синусов. У основания каждой из внутренних сонных артерий расположены каротидные синусы, в которых находятся хеморецепторные клетки, чувствительные к изменениям химического состава крови. Аналогичные хеморецепторные образования расположены в дуге аорты. Понижение напряжения кислорода в крови, стимулируя хеморецепторы сосудистых стенок, вызывает рефлекторное учащение дыхания.

В регуляции дыхания определенную роль играет раздражение рецепторов легких, принимающих участие в рефлекторной саморегуляции дыхательного ритма. При акте вдоха в рецепторах, расположенных в стенках альвеол, возникают распространяющиеся по блуждающему нерву нервные импульсы, которые рефлекторно тормозят вдох и стимулируют выдох. При резком выдохе возникают импульсы, поступающие в дыхательный центр и рефлекторно стимулирующие вдох. Интенсивность этой импульсации в афферентных центростремительных волокнах блуждающего нерва определяет глубину вдоха и выдоха. Кроме возбуждения легочных рецепторов дыхательные движе­ния вызываются возбуждением проприорецепторов дыха­тельных мышц. В то время как легочные рецепторы растяжения оказывают через бульбарный дыхательный центр тормозное влияние на мышцы вдоха, рецепторы растяжения дыхательных мышц стимулируют акт выдоха через соответствующие спинальные центры межреберных мышц и диафрагмы.

Эфферентный путь всех рефлекторных актов саморегуляции дыхания образован нейронами бульбарных дыхательных центров и спинальных центров дыхательных мышц (межреберных и диафрагмы). Активность нейронов дыхательного центра может существенно изменяться под влиянием нервных импульсов, поступающих в центральную нервную систему по различным афферентным нервным путям. Так, ощущение сильной боли, как правило, вызывает значительное рефлекторное учащение дыхания. Раздражение рецепторов слизистой оболочки гортани и глотки приводит к рефлекторному торможению дыхания. Активность структур дыхательных центров может быть рефлекторно изменена практически с любого чувствительного спипно-мозгового или черепно-мозгового нерва.

Важная роль в регуляции дыхания принадлежит коре больших полушарий, условно-рефлекторная деятельность которой расширяет диапазон сигнальных раздражителей, требующих соответствующего изменения дыхания животного организма. Возможность условно-рефлекторных изменений дыхания объясняет Известный факт предстартового значительного углубления и учащения дыхания у спортсменов.

Л. Строение органов дыхания детей.Строение полости носа и зева.В первые дни жизни дыхание затруднено так как носовые отверстия узки, а нежная слизистая оболочка носа, богатая кровеносными и лимфатическими сосудами, набухает. Подслизистая оболочка очень слабо развита. Придаточные полости носа у новорожденных еще не развиты и начинают появляться в первые годы жизни.Гайморова полостьу новорожденных почти отсутствует, начинает увеличиваться только с двух лет и достигает полного развития в период смены зубов. Слезно-носовой канал новорожденного короткий, в носоглотке много лимфатических сосудов. В первые месяцы жизни нижний носовой ход отсутствует. Лобная пазуха появляется только на втором году и как и хоаны оконча­тельно формируется к 15 годам. Объем носовой полости с возра­стом увеличивается примерно в 2,5 раза.

Железы новорожденного в полости носа и зева рыхлые и относительно большего объема. Миндалины неразвиты; они развиваются в первые годы жизни, заметно увеличиваются к 4-5 годам, затем их рост замедляется, снова ускоряется к 9-10 годам и окончательно замедляется к 18 годам.

К 14-16 годам размеры небных, язычной, глоточной и трубных миндалин относительно больше, чем у взрослых. Глоточная миндалина начинает уменьшаться примерно с 12 лет и к 16-20 годам сохраняются только небольшие ее остатки. У детей 2-3 лет глоточная миндалина часто увеличивается настолько, что закрывает носоглоточные отверстия. Это препятствует нормальному дыханию и вынуждает ребенка дышать ртом.

Так как у детей слизистая оболочка носа легко и часто набухает при воспалении, то при узости верхних дыхательных путей это приводит к выключению дыхания носом, имеющего большое гигиеническое значение. Хрящи носа, гортани и трахеи у новорожденных мягкие, что также иногда затрудняет дыхание.

Строение трахеи и бронхов детей.Трахея расположена у детей выше, чем у взрослых. Верхний конец трахеи у детей 6-13 лет находится на уровне 5-6-го шейных позвонков, а у взрослых - 8-го шейного позвонка. Длина трахеи с возрастом увеличивается параллельно росту тела. Ее длина от нижнего края гортани до деления на бронхи (см)у новорожденного 3-4; в 5 лет - 5,6; 10 лет - 6,3; 15 лет - 7,45; у взрослых -9-12. Поперечное сечение трахеи и бронхов детей значительно уже. Слизистая оболочка трахеи и бронхов нежна и богата кровеносными и лимфатическими сосудами, поэтому пыль и микробы проникают в нее по сравнению со взрослыми легче, мышечная ткань и эластические волокна слабо развиты. Хрящи мягки. Бронхи растут особенно быстро на первом году жизни, левый бронх отстает в росте от правого, длина и поперечное сечение которого во всех возрастах больше.

Строение легких у детей.С возрастом вес и размеры легких увеличиваются. Вес обоих легких равен (г): у новорожденного - 57; в 1 -2 года - 225; 5-6 лет - 350; 9-10 лет - 395; 15-16 лет - 690; а у взрослых почти 1 кг. Вес правого легкого во всех возрастах превышает вес левого. Объем легких (см³): у новорожденного - 70, в 1 год - 270, 8 лет - 540, 12 лет - 680, у взрослого - 1400.

Рост легких с возрастом происходит главным образом за счет увеличения количества, а также объема альвеол. Количество альвеол у новорожденного в 3 раза меньше, чем у взрослого. Дыхательная поверхность альвеол у детей всех возрастов, и особенно у новорожденных, в раннем детстве и у младших школьников относительно больше по сравнению со взрослыми. К 7 годам диаметр альвеол в 2 раза больше, чем у новорожденного, а к окончанию развития—в 3 раза. С возрастом нижняя граница легких спускается на 1—2 ребра.

В легких детей меньше эластических волокон, особенно вокруг альвеол. Между дольками легких и между альвеолами располагается много рыхлой соединительной ткани, богатой кровеносными сосудами и лимфатическими щелями. Чем младше ребенок, тем сравнительно крупнее капилляры в легких и тем больше развита в них капиллярная сеть. У детей большое крово- и лимфообращение в легких; количество крови, протекающей через легкие в единицу времени, у детей по сравнению со взрослыми относительно велико. Благодаря обильному развитию капилляров легких и относительно большей поверхности их соприкосновения с относительно большей поверхностью альвеол у детей повышен газообмен между кровью и альвеолярным воздухом. Это обеспечивает им более интенсивный обмен веществ, необходимый растущему организму. Плевра приобретает такое же строение как у взрослых к 7 годам.

Для развития легких и грудной клетки у детей имеют значение систематические физические упражнения на открытом воздухе: игры, легкая атлетика, плавание, гребля, лыжный и конькобежный спорт, применяемые в соответствии с возрастом и полом. Особенно развивают дыхательный аппарат спортивные игры. Гимнастика способствует его развитию в меньшей степени.

Диафрагмарасположена у детей выше, чем у взрослых. С возрастом она опускается. Средостение также относительно больше, а дыхательные мышцы развиты слабее. В раннем детстве ребра мягки и располагаются горизонтально, а верхние ребра даже слегка направлены вверх. С 6 месяцев ребра начинают опускаться. В раннем детстве грудная клетка обладает эластичностью и податливостью.

М. Изменение типа дыхания у детей. Тип дыхания новорожденных мальчиков и девочек брюшной (диафрагмальный). С возрастом сагиттальный диаметр грудной клетки уменьшается, а фронтальный увеличивается. Следовательно, грудная клетка из положения вдоха переходит в положение выдоха, что создает переход от брюшного к грудному (реберному) типу дыхания. Когда ребенок начинает ходить и его тело из горизонтального принимает вертикальное положение, тип дыхания становится смешанным, грудобрюшным. С 3—7 лет все более отчетливо выступает грудной тип дыхания, а начиная с 8—10 лет начинают проявляться половые различия: у мальчиков преобладает брюшной тип дыхания, а у девочек - грудной.

Частота и глубина дыхания у детей.В первые месяцы жизни дыхание нерегулярное, ритм его неравномерный, паузы между вдохом и выдохом неравные, глубокие вдохи сменяются поверхностными. Неравномерность ритма и глубины дыхания у новорожденных объясняется широким распространением возбуждения в центральной нервной системе, отсутствием координации возбуждения и торможения.

Постепенно в раннем детстве и в младшем школьном возрасте дыхание становится регулярным, равномерным. Частота дыхания в покое с возрастом постепенно уменьшается. Число дыханий в минуту (по А. Ф. Туру): новорожденных - 40-60, 7-12 мес. - 30-35, 2-3 года 25-30, 5-6 лет - около 25, 10-12 лет - 20-22, 14-15 лет - 18-20.

До 8 лет частота дыхания в покое у мальчиков больше, чем у девочек, а в начале периода полового созревания становится больше у девочек, и это превышение частоты дыхания сохраняется в течение всей жизни. Во время сна дыхание у детей становится более редким.

Дыхательный центрдетей легко возбуждается, дыхание значительно учащается при психических воздействиях, небольших физических упражнениях, незначительном повышении температуры тела и внешней среды. Сила выдыхательных мышц больше, чем вдыхательных. У девочек она увеличивается до 12-13 лет, а у мальчиков - во всех возрастах. Выдыхательные мышцы обладают также наибольшей выносливостью. Она одинакова у мальчиков и девочек, но затем у девочек она возрастает с 10-11 до 13-14 лет, а у мальчиков - с 12-13 до 16-17 лет. Сила и выносливость дыхательной мускулатуры у школьников, занимающихся в спортивных секциях, на 50-60% больше, чем у не занимающихся.

Н. Возрастные изменения жизненной емкости легких.Жизненная емкость легких измеряется у детей, начиная с 4 лет, так как ребенок более раннего возраста не может выполнить процедуру ее измерения. При прочих равных условиях она тем меньше, чем менее растяжима легочная ткань.

С возрастом жизненная емкость легких увеличивается. В среднем, по Н А. Шалкову, она равна у мальчиков (в см³) в 4 года - 1100, в 5-6 лет - 1200, в 7 лет - 1400, в 9 лет - 1700, в 11 лет - 2100, в 1З лет - 2200, в 14 лет - 2700, в 15 лет - 3200, в 16 лет - 4200. У девочек она во всех возрастах ниже: с 6 до 15 лет - на 100-300 см³, а с 15 лет - на 500-1400 см³. Жизненная емкость легких увеличивается пропорционально росту тела. На каждые 5 см роста она увеличивается в среднем на 400 см³.Величина жизненной емкости зависит также от типа дыхания (наибольшая при грудобрюшном типе).

С 5 до 17 лет остаточный объем равен в среднем 20-25% от общей емкости легких.

О. Особенности строения гортани и функции голосового аппарата детей.Гортань быстро растет в первый год жизни, ее рост усиливается в 5-6 лет и особенно интенсивно она увеличивается в 10- 14 лет. До 3 лет ее величина и форма одинаковы у мальчиков и девочек, а после 3 лет у девочек она становится относительно меньше и короче, закругляясь впереди, у мальчиков она относительно больше и впереди заостряется. Половые различия гортани отчетливо выступают с 10 лет. Ее рост заканчивается в 20-30 лет. Наибольший рост фронтального и саггитального размеров гортани и истинных голосовых связок происходит на первом году жизни и в 14-17 лет. До 5 лет голосовые (внутренние щито-черпаловидные) мышцы отсутствуют, вместо них имеется соединительная ткань, содержащая отдельные мышечные волокна, которые проникают из наружных щито-черпаловидных мышц.

С 5 лет начинают быстро развиваться голосовые связки и самостоятельные голосовые мышцы. К 7 годам голосовые мышцы располагаются в средней части голосовых связок, но еще не доходят до их свободного края, а к 11-12 годам ускоряется рост голосовых связок, и внутренние щито-черпаловидные мышцы полностью отделены от наружных. С 12 лет голосовые связки у мальчиков длиннее, чем у девочек. По сравнению с длиной тела гортань детей относительно длиннее и уже, чем у взрослых, и расположена выше, что позволяет ребенку одновременно дышать и глотать. Слизистая оболочка гортани детей богата кровеносными сосудами и железками.

У детей рефлексогенные зоны гортани начинают образовываться на первом году. До 5 лет первая и вторая зоны не обособлены, а третья зона не концентрирована, как у взрослого, а занимает всю слизистую оболочку до трахеи. С 5 лет начинается разделение двух первых рефлексогенных зон и формирование третьей. С 7 лет они уже разделены и с возрастом все больше обособляются, рецепторы дифференцируются и увеличивается их количество.

Удлинение голосовых связок с возрастом, особенно у подростков мужского пола в период полового созревания, сопровождается переходом голоса на более низкий регистр.

Длина голосовых связок мальчиков и девочек (см); в 2 года - 0,8; 6 лет - 1,0; 10 лет - 1,3; 14 лет - 1,3 и 1,2; 16 лет - 1,65 и 1,5; 20 лет - 2,4 и 1,6. У детей звуки речи выше, чем у взрослых. У новорожденного диапазон голоса в 1-2 ноты, в 5 лет - 4-6 тонов, в 12-1,5 октавы.

Голос при пении до наступления мутации (перелома голоса) отличается узостью диапазона, который почти не различается у мальчиков и девочек. У детей в 4-5 лет он равен 4 тонам; 6-8 лет - 5-6,5; 9-11 лет - 6-8,5; 12-15 лет - 8-9 тонов. Перелом голоса наступает с 11-12 лет до 18-19 лет, у южан раньше, чем у северян, у девочек на 0,5-1 год раньше, чем у мальчиков. Длительность этого периода от одного или нескольких месяцев до 2-3 лет и даже 5 лет, в среднем 1,5-2 года, у мальчиков гортань увеличивается в 1,5 раза. Чем младше дети, тем меньше различия между разговорной и певческой речью.

У детей 10-12 лет, как правило, тип дыхания при пении как в покое. С 12-15 лет легко усваиваются особенности дыхания . при пении такие же как и при речи. От дыхания в покое оно отличается: произвольностью; быстрым, бесшумным вдохом; замедленным выдохом, продолжительностью в 8-12 раз больше вдоха; значительно, в 3—4 раза большим объемом вдыхаемого воздуха (до 2—2,5 дм³); дыханием через рот; максимальным расхождением голосовых связок.

П. Гигиена органов дыхания и голосового аппарата.Для ребенка особенно большое гигиеническое значение имеет носовое дыхание. Поверхность слизистой оболочки носа и носоглотки благодаря складкам достигает у взрослого человека почти 2 м²и приблизительно равна поверхности его кожи. У детей она также достигает величины поверхности кожи. Поэтому носовое дыхание обеспечивает: удаление мерцательным эпителием пыли, содержащейся во вдыхаемом воздухе; его согревание, что предохраняет детей от заболеваний в холодное время года; сохранение зубной эмали от повреждения при резких сменах температуры, когда вдыхание холодного воздуха производится через рот, и увлажнение сухого воздуха. Кроме того, раздражение рецепторов носовой полости и носоглотки рефлекторно расширяет альвеолы и прилегающие к ним капилляры, что улучшает газообмен в легких. Для дыхания имеет значение нормальное развитие грудной клетки, что обеспечивается физическими упражнениями на открытом воздухе, правильной позой, особенно во время сидения за партой в школе и за столом дома при приготовлении уроков, а также прямой осанкой при ходьбе и стоянии.

Детям рекомендуются такие физические упражнения, которые хорошо сочетаются с дыханием. Так как дети иногда задерживают дыхание при мышечной деятельности, то нужно воспитывать установку ритма дыхания в кратном отношении к ритму движения. Это имеет большое значение для выработки координации движений и дыхания. Глубокое ритмичное дыхание способствует физическому и умственному развитию ребенка, обеспечивая достаточное снабжение кислородом головного мозга, поэтому ритмические физические упражнения, сочетаемые с глубоким равномерным дыханием, ускоряют не только физическое, но и умственное развитие ребенка, способствуя улучшению газообмена в головном мозге.

Во время напряженной умственной работы дети дышат неравномерно и иногда задерживают дыхание; следует перемежать напряженную умственную работу с дозированными рациональными физическими упражнениями.

Для гигиены дыхания большое значение имеет закаливание, предупреждающее заболевания органов дыхания. Детям надо возможно больше быть на свежем воздухе, желательно за городом, в лесу. Зимой дети дошкольного возраста должны находиться на свежем воздухе; с перерывами, не меньше 5 ч в сутки, кроме вет­реных морозных дней, когда температура понижается больше чем до - 15° С. Младшим школьникам рекомендуется находиться на свежем воздухе не меньше 4 ч, а старшим — не меньше 3 ч в сутки. Большая перемена в школах должна проводиться на свежем воздухе. Школьные и жилые помещения необходимо систематически проветривать, поддерживая в них свежий воздух. Детей нужно приучать летом спать при открытых окнах, а зимой—при открытых форточках или фрамугах.

Курение наносит здоровью огромный вред, вызывая систематическое отравление. Исключительный вред курения подтверждается и тем, что у курильщиков рак легких бывает в 20 раз чаще. Дети не должны курить.

Для нормального дыхания имеет значение покрой белья и одежды: узкая одежда стесняет движения грудной клетки, нарушает дыхание, следовательно, газообмен в легких и обмен веществ, и тем самым задерживается рост и развитие детей.

Сохранение и развитие голоса детей обеспечивается громкой декламацией с правильными ударениями и модуляцией и рациональным обучением пению. В период полового созревания пение мальчиков и девочек должно быть резко ограничено, а при покраснении и воспалении голосовых связок запрещается. Для гигиены голосового аппарата основное значение имеет соблюдение правил гигиены дыхания.