Лекция 9. Возрастные особенности дыхательной системы

Современные представления о развитии дыхательной системы в онтогенезе базируются на многочисленных исследованиях, выполненных в нашей стране и за рубежом. Во многих работах изучена их зависимость от антропометрических показателей. Динамика морфологических преобразований легких в онтогенезе человека рассмотрена в ряде исследований.

Дыхательная система является одной из ведущих и во многом определяющих как умственную, так и физическую работоспособность. Отмечена тесная связь формирования дыхательной системы с физическим развитием и созреванием других физиологических систем организма. Учитывая то, что процесс полового созревания влияет на возрастное развитие в целом, отмечено влияние его на характер возрастных преобразований дыхательной системы подростка.

Дыхательная система человека в различные возрастные периоды имеет не только количественные, но и качественные различия. В их основе лежат процессы непрерывного развития морфологических структур и функциональных процессов.

Большинство исследователей отводят значительную роль в развитии функции дыхания следующим периодам: новорожденности, до 1 года, от 5 до 7 лет и от 11 до 12 лет, когда отмечаются наибольшие количественные изменения показателей изучаемой функции.

Дыхание  необходимый для жизни процесс постоянного обмена газами между организмом и окружающей средой. Обмен газов между атмосферным воздухом и воздухом, находящимся в альвеолах, происходит благодаря ритмическому чередованию актов вдоха и выдоха. Постепенность созревания костно-мышечного аппарата дыхательной системы и особенности его развития у мальчиков и девочек определяет возрастные и половые различия типов дыхания. У новорожденных детей преобладает диафрагмальное дыхание с незначительным участием межреберных мышц. Дыхание грудных детей является грудобрюшным, с преобладанием диафрагмального. В возрасте от 3 до 7 лет начинает преобладать грудной тип дыхания, и к 7 годам он становится выраженным. В 7-8 лет выявляются положительные отличия в типе дыхания: у мальчиков преобладает брюшной тип дыхания, у девочек  грудной. Заканчивается половая дифференцировка дыхания к 14-17 годам. Тип дыхания у юношей и девушек может меняться в зависимости от занятий спортом, трудовой деятельностью. Фарбер Д.А. и Козлов В.И. выделяют у новорожденных смешанное дыхание.

Возрастные особенности строения грудной клетки и мышц обусловливают особенности глубины и частоты дыхания в детском возрасте. Объем воздуха, поступающий в легкие за один вдох, характеризует глубину дыхания. Число дыханий у детей в минуту (по А.Ф. Туру): От 7 до 12 лет  30-35, от 2 до 3 лет  25-30, от 5 до 6 лет  около 25, от 10 до 12 лет  20-22\, от 14 до 15 лет  18-20

До 8 лет частота дыхания у мальчиков больше, чем у девочек. Перед периодом полового созревания частота дыхания у девочек больше, и в дальнейшем это отношение сохраняется в течение всей жизни. Дыхательный центр у детей легко возбудим. Дыхание у детей значительно учащается при психических возбуждениях, небольших физических упражнениях, незначительном повышении t⁰ тела и окружающей среды.

Большая частота дыхательных движений у ребенка обеспечивает высокую легочную вентиляцию. Объем вдыхаемого воздуха у детей в 10 лет  239 мл, в 14 лет  300 мл. За счет большой частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания (в пересчете на 1 кг массы). В 6 лет он равен 3500 мл, в 10 лет  4300 мл, в 14 лет  4900 мл, у взрослого человека  5000-6000 мл.

Важной характеристикой функционирования дыхательной системы является жизненная емкость легких  наибольшее количество воздуха, который человек может выдохнуть после глубокого вдоха. ЖЕЛ меняется с возрастом (таблица  см. ниже) зависит от длины тела, степени развития грудной клетки и дыхательных мышц, пола. ЖЕЛ является важным показателем физического развития. К 16-17 годам ЖЕЛ достигает величин, характерных для взрослых людей.

Средняя величина ЖЕЛ (в мл)

Пол	Возраст в годах
	7	8	10	12	15	17
Мальчики Девочки	1400 1200	1440 1360	1630 1460	1975 1905	2600 2530	3520 2760

Человек может произвольно регулировать частоту и глубину дыхания, осуществлять задержку дыхания. Но задержка дыхания не может быть слишком длительной, так как в крови человека, задержавшего дыхание, накапливается СО₂, а когда его концентрация достигает сверхпорогового уровня, возбуждается дыхательный центр и дыхание возобновляется помимо воли человека. Так как возбудимость дыхательного центра у разных людей различна, то и длительность произвольной задержки дыхания оказывается у них разной. Время задержки дыхания можно удлинить, если провести гипервентиляцию легких (несколько частых и глубоких вдохов и выдохов в течение 20-30⁰ С).

Во время гипервентиляции СО₂ «вымывается» из крови и время его накопления до уровня, возбуждающего дыхательный центр, увеличивается. Это и позволяет после гипервентиляции легких осуществлять задержку дыхания на значительно большее время. При гипервентиляции и задержке дыхания в выдыхаемом воздухе значительно изменяется содержание СО₂ и почти не изменяется содержание О₂. Следовательно, гуморальным фактором, возбуждающим дыхательный центр и влияющим на длительность задержки дыхания, является СО₂.

В современной физиологии произвольную задержку дыхания применяют для исследований произвольной регуляции дыхания, при этом продолжительность пробы служит мерой способности человека произвольно управлять дыханием. Она используется для определения индивидуальных особенностей регуляции дыхания. Из различных вариантов проведения произвольной задержки дыхания широкое распространение получили проба Штанге  задержка дыхания, проводимая на высоте обычного вдоха и проба Генча  задержка дыхания, проводимая на высоте обычного выдоха.

При задержке дыхания происходит быстрое упрочение условного рефлекса на время, чем при нормальном дыхании. Индивидуальные особенности реакций обусловлены неодинаковой чувствительностью к гуморальным (гиперкапния и гипоксия), нейрогенным и механическим факторам, возникающим в процессе пробы и размещениями в механизмах осуществления этих реакций.

Для характеристики функционального состояния ССС и дыхательной систем используются еще одна методика  определение по пробе Руфье. Эта проба является наиболее объективным и простым критерием оценки взаимодействия СС и дыхательной систем.

Возрастные особенности сердечно-сосудистой системы

Эффективность обучения и воспитания подрастающего поколения зависит от того, насколько учитываются адаптационные возможности школьников, находящихся на разных этапах индивидуального развития, когда периоды наибольшей восприимчивости сменяются периодами пониженной сопротивляемости воздействию факторов внешней среды.

Развитие всех систем организма предъявляет повышенные требования к ССС, как системе жизнеобеспечения. Именно деятельность ССС является одним из важнейших факторов, лимитирующих развитие приспособительных реакций растущего организма в процессе его адаптации к условиям обучения и воспитания Крови у ребенка 6-16 лет до 7%, т.е. на 1 кг веса тела приходится примерно 70 г крови. Обычно у детей старше одного года многие гематологические показатели приближаются к значениям, характерным для взрослого организма.

У детей относительная масса сердца и общий просвет сосудов больше, чем у взрослых, что в значительной степени облегчает процессы кровообращения. Рост сердца находится в тесной связи с общим ростом тела. Наиболее интенсивный рост сердца наблюдается в первые годы развития и в конце подросткового периода (Калюжная. Функциональные различия в ССС детей и подростков сохраняются до 12 лет. Частота сердечных сокращений у детей больше, чем у взрослых, что связано с преобладанием у детей тонуса симпатических центров по сравнению с блуждающими нервами. В процессе постнатального развития тоническое влияние на сердце блуждающего нерва постепенно усиливается. Задержка в формировании тонического влияния блуждающего нерва на сердечно-сосудистую деятельность может свидетельствовать о задержке физического развития ребенка. Тонус блуждающего нерва усиливается с возрастом, особенно у хорошо физически развитых детей и подростков.

Частота сердечных сокращений обычно измеряется по пульсу, поскольку каждый выброс крови в сосуды приводит к изменению их кровенаполнения, растяжению сосудистой стенки, что ощущается в виде толчка, наибольшая частота пульса наблюдается у новорожденных, у которых число сокращений сердца 120-140 в минуту, а к 12-13 годам  75-80 уд/мин. К 15 годам эта величина приближается к показателю взрослых и составляет 65-75 уд/мин.

Интегральный критерий состояния кровообращения  уровень артериального давления в нашей работе не изучался. В общем необходимо отметить, что у детей кровяное давление значительно ниже, чем у взрослых. Чем меньше ребенок, тем у него больше капиллярная сеть и шире просвет кровеносных сосудов, а следовательно, и ниже давление крови. Следует также упомянуть, что возраст 9-10 лет нужно рассматривать как переломный в развитии ССС, т.к. в этот период направленность возрастных изменений показателей артериального давления у мальчиков и девочек противоположна. С окончанием полового созревания у девочек (14-15 лет) и мальчиков (15-16 лет) устанавливаются величины показателей гемодинамики на уровне, характерном для взрослых людей.

В целом, деятельность всей системы кровообращения направлена на обеспечение организма в разных условиях необходимым количеством О₂ и питательных веществ, на выведение из клеток и органов продуктов обмена, сохранение на постоянном уровне кровяного давления. Это создает условия для сохранения постоянства внутренней среды организма.

Физиология развития ССС растущего организма характеризуется постепенной экономизацией функции, выражающейся по мере роста и развития ребенка в урежении ритма сердечных сокращений, усилении мощности сократительного миокарда.

Возрастные изменения системы крови.

Кровь - это промежуточная внутренняя среда, находящаяся в сосудах и не соприкасающаяся непосредственно с большинством клеток организма. Однако кровь и лимфа, находясь в непрерывном движении, обеспечивают постоян­ство состава и свойств тканевой жидкости.

Важнейшей функцией крови является дыхательная, т.е. она доставляет клеткам кислород и выносит из них углекислый газ. Обогащение крови кислородом происходит через тончайшие стенки эпителиальных клеток капилляров, окружающих легочные пузырьки; там же кровь отдает углекислый газ, который удаляется в окружающую среду с выдыхаемым воздухом. Протекая через капилляры раз­личных тканей и органов, кровь отдает им кислород и поглощает углекислый газ.

Кровь, находясь в постоянном движении, выполняет в организме транспортную функцию. С кровью переносит­ся от органов пищеварения к тканям различные питательные вещества: аминокислоты, глюкоза, жиры, мине­ральные: вёщества, витамины. Они усваиваются раз личными тканями, клетками организма, а их избыток откладывается в запас. Так осуществляется питатель­ная функция крови.

Кровь переносит продукты обмена веществ моче­вина, мочевая кислота и др. от места образования к месту их выделения из организма, так кровь участвует в экскреторной функции организма. Кровь транспортиру­ет гормоны (секреты желез внутренней секреции) и дру­гие физиологически активные вещества и осуществляет гуморальную регуляцию функций организма.

Благодаря тому, что в составе крови очень много воды, а она обладает высокой теплопроводностью и удель­ной теплоемкостью, велико значение крови в повышении или понижении, в поддержании постоянной температуры тепа - терморегулятивная функция. Защитная функция крови - особая, так как все, что связано с деятельностью крови, имеет защитное для ор­ганизма значение. Кровь защищает клетки живого организма от вредного влияния чрезмерно сильных колебаний ус­ловий внешней среды. Свертываемость крови, обусловленная белками ее плазмы и кровяными пластинками, защи­щает от кровопотерь. Эта функция включает и защиту организма от чужеродных веществ: белки бактерий, виру­сов, различные токсины. Против них в организме вырабатываются антитела. Защитная функция зависит от активности лейкоцитов, которые обладают способностью к по­глощению и перевариванию чужеродных веществ. Лейко­циты также участвуют в образовании антител, т.е. в создании иммунных свойств крови.

Количество крови в организме человека меняется (Я возрастом. У детей крови, относительно массе тела, больше, чем у взрослых (табл.1). В пересчете на 1 кг массы тела приходится у новорожденных 150 мл, у 6-11-летнего - 70 мл, а у взрослых - 50 мл. Это связано с более интенсивным протеканием обмена веществ в детском организме. У взрослых людей массой 60-70 кг общее количество крови 5-5,5 л.

Количество крови у детей и подростков

Кол-во крови	Возраст
	Новорожд.	1 год	6-11 пет	12-16
В % к массе тела	14,7	10,9	7	7
На 1 кг массы тепа (в мл)	150	110	70	70

Важное значение в сохранении относительного постоянства состава и количества крови в организме имеет ее резервирование в специальных кровяных депо. Эту функцию выполняют селезенка, печень, легкие, кожа подкожные слои, где резервируются до 50% крови. На­пример, в кровеносных сосудах кожи может храниться до 1 л крови.

В тех случаях, когда в организме человека возника­ет недостаток кислорода, - при усиленной мышечной ра­боте, при потере больших количеств крови при ранениях и хирургических операциях, некоторых заболеваниях - за­пасы крови из депо поступают в общий кровоток. Потеря 50% крови смертельна.

Кровь - эта жидкая соединительная ткань организма. В ее состав входят форменные элементы (клетки крови) и плазма (жидкая часть крови). К форменным элементам крови относят красные кровяные тельца - эритроциты, белые кровяные тельца - лейкоциты и кровяные пластинки -тромбоциты. У взрослого человека они составляют 45% объема крови, а 55% объема составляет плазма. У детей же форменных элементов в крови больше и процентов. У грудных детей 55-50% форменных элементов, 45-50% — плазмы, у детей младшего школьного возраста - 50% на 50%. В плазме крови 90-92% воды, 8-10% приходится на долю сухого вещества. Из них 6,5-8,2% составляют белки и лишь 2% приходится на все остальные органические и неорганические вещества. Неорганические вещества плазмы - это хлориды, фосфаты, карбонаты и сульфиты нат­рия, калия, кальция и магния. К органическим вещест­вам относятся белки: апьбумины, глобулины, фибриноген и протромбин, аминокислоты, мочевина, мочевая кислого, глюкоза и другие вещества.

Эритроциты. Самыми многочисленными форменными элементами крови являются эритроциты - красные кровяные тельца. Они безъядерные, двояковогнутой формы. Такая форма увеличивает их поверхность более чем в 1,5 раза и обеспечивает более быструю и равномерную диффузию кислоро­да внутрь эритроцитами способствует лучшему выполне­нию транспортной функции крови. Молодые эритроциты имеют ядра, но в процессе созревания ядра исчезают, что обеспечивает более экономную работу эритроцитов.

В 1 куб мм крови содержится 4-5 млн. эритроци­тов (у мужчин 4,5-5 млн., а у женщин 4-4,5 млн). Зна­чит общее количество их огромно. Подсчитано, что сумма поверхностей всех эритроцитов одного человека в 1500 раз превышает поверхность его тела. Количество эритроцитов не строго постоянно. Оно может значитель­но увеличиваться при недостатке кислорода на больших высотах, при мышечной работе. Когда же потребность в кислороде уменьшается, количество эритроцитов в крови снижается. Содержание эритроцитов изменяется и с воз­растом ребенка.

У детей 6-10-летнего возраста их количество колеблет­ся в пределах 4,1-6,4 млн в 1 мл крови. У детей изме­няется не только количество, но и размеры эритроцитов. Так, диаметр эритроцитов у детей колеблется от 3,5 до 10 мк, когда у взрослых - 6-9 мк. Примерно к 9-10 го­дам, т.е. к концу периода младшего школьного возраста, и форма, и размеры эритроцитов становятся такими же, как у взрослых.

Характерное для детей большое количество эритро­цитов делает кровь детей более вязкой, густой. Осуществление эритроцитами дыхательной функции связано с наличием в них особого вещества - гемогло­бина, являющегося переносчиком кислорода. Это ве­щество содержит белок-глобин и небелковое вещество – гем, в составе которого имеется двухвалентное железо. Благодаря этому соединению, гемоглобин в капил­лярах легких соединяется с кислородом и образует оксигемоглобин. Это вещество имеет ярко-красный цвет, а кровь, содержащая оксигемоглобин, называется арте­риальной. В капиллярах тканей оксигемоглобпн распада­ется на свободный кислород и гемоглобин. Последний, соединяясь с углекислым газом, образует карбгемоглобин. Это вещество темно-красного цвета. Кровь называ­ется венозной.

Лейкоцитами называются бесцветные ядерные клетки разнообразной формы. У взрослого человека в 1 куб мм крови содержится 6-8 тысяч лейкоцитов. По форме клетки и ядра они делятся на лимфоциты, моноциты, нейтрофипы, эозинофипы и базофилы.

Лимфоциты образуются в лимфатических узлах и, вырабатывая антитела, участвуют в формировании иммун­ных свойств организма. Важное Место они занимают в Обеспечении защиты организма от чужеродных образова­ний.

Нейтрофилы вырабатываются в красном костном мозге. Это самые многочисленные лейкоциты и выполня­ют основную роль в фагоцитозе. Поглощение и переваривание лейкоцитами различных микробов, простейших, чужеродных веществ, попадающих в организм, называют фагоцитозом, а сами лейкоциты - фагоцитами. Явление фагоцитоза бы по изучено известным русским ученым. И.И. Мечниковым. Один нейтрофил может поглотить 20-30 микробов. Через час все они оказываются пере­варенными внутри нейтрофила. Способны к фагоцитозу и моноциты - клетки, образующиеся в селезенке и пе­чени, Существует определенное соотношение между раз­ными типами лейкоцитов, выраженное в процентах гак называемой лейкоцитарной формулы.

При патологических состояниях изменяется как об­щее чисто лейкоцитов, так и лейкоцитарная формула.

Количество лейкоцитов и их соотношение изменяют­ся с возрастом. У новорожденного лейкоцитов значитель­но больше, чем у взрослого (до 20 тыс. в 1 мл крови. В первые сутки жизни число лейкоцитов возрастает (происходит рассасывание продуктов распада тканей ре­бенка, тканевых кровоизлияний, возможных во время ро­дов) до 30 тыс. в 1 мл крови. Наибольшее количество лейкоцитов у детей в 2-3 месяца, а затем оно постепен­но волнообразно уменьшается и доходит до уровня взрос­лых к 13-15 годам. Чем меньше возраст ребенка, тем его кровь содержит больше незрелых форм лейкоцитов.

Кровь ребенка в первые годы жизни содержит больше лимфоцитов и пониженное число нейтрофилов. К 5-6 годам количество их выравнивается, затем количество нейтрофилов быстро увеличивается, а лимфоцитов пони­жается. Низка в ранние периоды жизни и фагоцитарная функция нейтрофилов. Всем этим объясняется большая восприимчивость детей младших возрастов к инфекцион­ным болезням. С другой стороны, частые простудные за­болевания приводят к гибели большого количества лейко­цитов, в особенности нейтрофилов.

Увеличение общего количества лейкоцитов в крови называется лейкоцитоз, а понижение - лейкопения. В от­личие от эритроцитов, содержание лейкоцитов в крови резко колеблется. Лейкоцитоз наблюдается при болезненном состоянии, при мышечной работе, после приема пищи. Лейкопения наблюдается при ионизирующем облучении. У большинства детей до 12 лет учебная нагрузка вызывает лейкоцитоз, особенно увеличение количества лимфоцитов. Хотя у младших школьников в крови лейкоцитов больше, чем у старших детей и взрослых людей, однако их подвижность и фагоцитарная актив­ность понижена. Следовательно, у младших школьников понижена и способность крови к образованию специфи­ческих защитных теп, а это повышает восприимчивость детей к инфекционным заболеваниям.

Тромбоциты или кровяные пластинки - очень мел­кие, неправильной формы клетки крови. Количество тром­боцитов в 1 мл крови колеблется от 200 тыс. до 400 тыс. Днем их больше, ночью меньше. Мышечная работа увели­чивает их количество в крови, т.к. в кровь интенсивно выбрасываются тромбоциты из депо, а именно из селезенки, а также вследствие усиленного кроветворения. Пи­тание белками и жирами и процессе пищеварения вызы­вают снижение количества тромбоцитов в крови. Такое же явление наблюдается при недостатке в пище витами­нов групп А и В и после ионизирующего облучения. У детей тромбоцитов меньше, чем у взрослых.

Выяснено, что любой вид нагрузки, в том числе и умственная, приводит к увеличению количества тромбо­цитов и к уменьшению времени свертываемости крови. Например, у мальчиков после 40 приседаний тромбоциты увеличиваются на 13,3%, у девочек – на 8,7%. И вообще у мальчиков 7-10 лет тромбоцитов больше на 12-13%, чем у девочек, а вот время свертывания крови короче у девочек. Все эти изменения и отличия в основном объясняются более высокой моторносгыо мальчиков.

Образуются тромбоциты в красном костном мозге и селезенке. Основная их функция - обеспечение свер­тываемости крови. В тромбоцитах находится активный фермент фибринаэа, участвующий в превращении белка фибриногена (растворенного в крови) в фибрин - тромб, необходимый для формирования кровяного сгустка. В те­чение учебного года у школьников 1-Ш классов происхо­дит снижение активности важнейшего фермента - фибринааы. Такое снижение активности фибриназы особо отме­чается во втором полугодии. Исследования показывают, что активность фибриназы может снижаться к концу учеб­ного года в 4 раза. Эти данные, видимо, отражают сдвиги в метаболических процессах клеток и тканей, возникающие по мере приспособления школьников младших классов к учебной нагрузке.

Свертывание крови у детей в первые, дни после рожде­ния замедленно, особенно это заметно в первые дни жизни ребенка. С 3-го по 7-й день жизни свертывание крови ускоряется и приближается к норме взрослых, У детей до­школьного и школьного возраста время свертывания крови имеет широкие индивидуальные колебания. В среднем нача­ло свертывания в капле крови наступает через 1-2 мин; конец свертывания - через 3-4 мин. Эту особенность необходимо всегда учитывать при организации учебно-воспита­тельного процесса, особенно при организации экскурсий, при проведении уроков физкультуры, труда и т.д., так как при ранениях ученики могут терять большое количество крови.

Кроветворение. У взрослого человека кроветворение происходит в красном костном мозги черепа, грудины, ребер, позвонков, таза и эпифизов трубчатых костей. Лимфоциты образуются в селезенке и лимфатических узлах. У детей восстановление форменных элементов крови совершается значительно быстрее, чем у взрослых. Соот­ношение различных форменных элементов крови на протя­жении развития ребенка периодически изменяется. Периодичность этих изменений совпадает с периодичностью в отно­шении деятельности кроветворных органов: костною мозга, селезенки и печени, которые находятся в самой тесной взаимосвязи благодаря нервной системе.

Костный мозг несет двоякую функцию. С одной сто­роны, он принимает участие в процессе роста и развития костной ткани, а с другой, - является органом кроветво­рения. Уже на первом году жизни начинается замена части красного костного мозга жировым. В периоды усиленного роста организма костный мозг находится в состоянии напряжения ввиду предъявленных к нему больших запросов, связанных с интенсивным ростом и кроветворением. И в периоды особо, быстрого росту или во время сильных, длительных болезней у детей костный мозг не успевает с кроветворением. И тогда кроветворную функцию частично берет на себя печень, иногда желтый костный мозг вре­менно переходит в красный костный мозг. Но после выздо­ровления он снова превращается в желтый костный мозг. С возрастом интенсивность образования форменных элемен­тов крови постепенно снижается.