8. Анатомофизиологические особенности органов дыхания

Органы дыхания имеют большое физиологическое значение: с их помощью в организм поступает кислород, необходимый для процес­сов окисления, выделяется углекислый газ (диоксид углерода), яв­ляющийся конечным продуктом обменных процессов в организме. Потребность в кислороде для человека значительно важнее, чем потребность в пище или воде. Без кислорода человек погибает через 5- 7 минут, в то время как без пищи он может прожить до 60 дней при условии поступления воды в организм, а без воды — до 7-10 дней.

Условно в дыхании выделяют три основных процесса: обмен га­зами между окружающей средой и легкими (внешнее дыхание), обмен в легких газами между альвеолярным воздухом и кровью (легочное дыхание), обмен газами между кровью и межтканевой жидкостью (тканевое дыхание).

В системе органов дыхания различают (рис. 9):

• дыхательные пути (воздухопроводящие), по которым воздух во время вдоха и выдоха поступает в легкие;

• собственно дыхательная часть органов дыхания — легкие (где происходит обмен газами между кровью и воздухом).

Рис. 9. Органы дыхания: а: 1 —легкие, 2 — гортань (а-И щитовидный хрящ, б -41 перстневидный хрящ),

3 — трахея, 4 — раздвоение трахеи на два главных бронха (бифуркация),

5 — первичные бронхи, 6 — передние ветви бронхов, 7 — задние ветви бронхов; б — положение голосовых складок при фонации и дыхании; в — полость носа

Дыхательные пути включают носовую полость, глотку, гортань, трахею и бронхи. Функция их не сводится только к проведению воз­духа. Носовая полость имеет обонятельные рецепторы, глотка являет­ся частью системы пищеварения, гортань — органом речи. Благодаря наличию в носовой полости нервных волокон стимулируется дея­тельность легких — дыхание через нос дает организму кислорода на 25% больше, чем дыхание через рот. Дыхательные пути являются ос­новными «воротами» для попадания болезнетворных микроорганиз­мов. Поэтому нормальное функциональное состояние дыхательных путей обеспечивает необходимые защитные свойства организма.

Дыхательная часть органов дыхания легкие. Это парный ор­ган, образованный мельчайшими разветвлениями бронхов -— альвео­лами и эластической соединительной тканью.

Альвеолы (легочные пузырьки) видны только под микроскопом. Они имеют очень тонкие стенки, окруженные многочисленными мик­роскопическими кровеносными сосудами - легочными капиллярами. Общая площадь легочных пузырьков составляет около 200 м , что способствует быстрому обмену газами между кровью и воздухом, на­ходящимся в альвеолах (альвеолярный воздух). Соединительная ткань легких обладает эластичностью и обеспечивает так называемые внут­ренние сократительные силы легких, играющие важную роль в меха­низме вдоха и выдоха.

Морфологическое строение органов дыхания и их функциональ­ные свойства имеют возрастные, половые и индивидуальные особен­ности.

Обмен газами между организмом и внешней средой осуществля­ется благодаря постоянной циркуляции воздуха через дыхательные пути и легкие. В основе этой циркуляции лежат ритмические дыха­тельные движения, обеспечиваемые сокращением и расслаблением межреберных дыхательных мышц и диафрагмы и состоящие из двух фаз - вдоха и выдоха.

Осуществлению дыхательных движений способствуют также и особенности строения легких. Они находятся в полости грудной клет­ки в своеобразной оболочке — легочной плевре. Между выстила­ющей изнутри грудную клетку оболочкой (пристеночная плевра) и легочной плеврой находится геометрически замкнутое пространство — плевральная полость.

При вдохе происходит сокращение дыхательных мышц и диа­фрагмы, увеличение объема грудной полости и соответственно уве­личение объема легких. В результате давление в легких становится меньше атмосферного и в них устремляется воздух. В механизме вдо­ха важную роль играют два фактора: присутствие в плевральной полости жидкости, уменьшающей трение легких о стенку грудной клетки, и наличие в плевральной полости отрицательного давления, которое благодаря эластичности легочной ткани при вдохе увеличи­вается.

Механизм выдоха, осуществляемого в покое, протекает пассивно. При расслаблении дыхательных мышц происходит уменьшение объ­ема грудной клетки и легких, и воздух выталкивается наружу. Обыч­но в состоянии относительного покоя при каждом вдохе в легкие по­ступает около 500 мл воздуха и примерно столько же выходит наружу. Этот объем воздуха называют дыхательным объемом и ис­пользуют для характеристики глубины дыхания. Однако после спо­койного вдоха и выдоха в легких еще остается значительное количе­ство воздуха, которое называется резервным объемом вдоха и выдоха. Количественно эти объемы равны примерно по 1500 мл воздуха у взрослого человека.

Сумма дыхательного объема и резервных объемов вдоха и выдо­ха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ), которая зависит от возрастных, половых и морфологических особенностей человека и является одним из важнейших функциональных показателей внешнего дыхания, широко используемого в антропометрических исследованиях для оценки физического развития детей и подростков. Жизненная ем­кость легких определяется с помощью спирометров. У взрослого чело­века ЖЕЛ в среднем равна 3500 мл (= 500 + 1500 + 1500), у мужчин — приблизительно 3000-7200 мл, у женщин — 2000-5000 мл, а у детей значительно меньше.

Частота дыхания (ЧД) у взрослого человека колеблется от 14 до 20 вдохов в минуту. Минутный объем дыхания (МОД) равняется ко­личеству воздуха, вдыхаемого (и соответственно выдыхаемого) в те­чение одной минуты. В покое МОД составляет от 7 до 10 литров. При физической работе МОД увеличивается до 150-180 л. Величина МОД также является важным функциональным показателем внешнего ды­хания человека и зависит от возраста, пола и состояния тренирован­ности. У спортсменов этот показатель значительно выше, чем у не за­нимающихся спортом, у мужчин выше, чем у женщин, у взрослых выше, чем у детей и подростков.

Газообмен легких осуществляется следующим образом: воздух, поступающий в легкие, содержит около 21% кислорода, 0,3% углеки­слого газа, 79% азота. При поступлении воздуха в альвеолы его состав изменяется: количество кислорода уменьшается с 21 до 14—16%, уг­лекислого газа возрастает с 0,03 до 4-6%, так как выдыхаемый воздух смешивается с воздухом, находящимся в дыхательных путях, азота — почти не изменяется (79 и 80%). Поступление кислорода из альвеол в кровь, а углекислого газа из крови в альвеолы связано с разностью так называемого парциального давления каждого из газов в крови и аль­веолярном воздухе. Парциальное давление газа — это часть общего давления газовой смеси, которая приходится на долю данного газа, т. е. оно определяется процентным содержанием газов в газовой смеси.

Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе почти в 2 раза выше, чем в венозной крови, а углекислого газа несколько ниже. Вследствие этой разницы кислород диффундирует из альвео­лярного пространства в кровь, а углекислый газ из крови в альвео­лярное пространство. В результате в выдыхаемом воздухе уменьша­ется количество кислорода (до 16%) и увеличивается содержание углекислого газа (до 4%). В тканях в сравнении с легкими между парци­альным давлением этих газов существуют обратные зависимости, что обеспечивает обмен газами между кровью и межтканевой жидкостью.

Регуляция дыхания осуществляется при помощи нервно-гуморального механизма. Потребность организма в кислороде определяет­ся характером его деятельности. Приспособление дыхания к особен­ностям деятельности осуществляется многоуровневой системой нерв­ной регуляции при ведущем значении коры головного мозга.

Низший дыхательный нервный центр находится в продолговатом мозге и состоит из двух тесно взаимосвязанных отделов, ответствен­ных за протекание вдоха и выдоха. Возбудимость нервных клеток дыхательного центра определяется концентрацией в крови углекисло­го газа (гуморальный фактор). При повышении в крови концентрации углекислого газа степень возбуждения нервных клеток дыхательного центра возрастает, что приводит к интенсификации дыхания. Меха­низм действия углекислого газа на нервные клетки дыхательного цен­тра осуществляется двумя путями: при непосредственном действии крови, омывающей нервные клетки, и рефлекторным путем при дей­ствии углекислого газа на рецепторы, расположенные в кровеносном русле (хеморецепторы). Важное значение в регуляции дыхания имеют также и другие рефлекторные механизмы. Так, при вдохе происходит растяжение легких и раздражение барорецепторов, расположенных в них, а также в межреберных мышцах и диафрагме.

Центростремительные импульсы поступают в продолговатый мозг, происходит торможение вдоха и начинается выдох.

Как только растяжение легких прекращается, прекращается им- пульсация в дыхательный центр; возбудимость нервных клеток воз­растает и опять включается механизм вдоха.

Разрушение дыхательного центра у экспериментальных живот­ных приводит к немедленной остановке дыхания и гибели животных. Участие коры головного мозга в регуляции дыхания доказывается возможностью произвольной задержки дыхания или его интенсифи­кации. Способность к произвольной регуляции дыхания зависит от тренированности организма. Например, у спортсменов возможно произвольное усиление дыхания и увеличение МОД до 200 л, в то время как у людей, не занимающихся спортом, -— только до 70—80 л. Примером участия коры головного мозга в регуляции дыхания явля­ется также изменение дыхания на старте у спортсменов или измене­ние дыхания у студентов, сдающих экзамены.

Возрастные особенности системы дыхания у детей и подростков

В пренатальном периоде органы дыхания плода практически не функционируют, а необходимый для жизни кислород плод получает через плаценту. Легкие плода находятся в спавшемся состоянии, имеют плотную консистенцию и слабо развитую эластическую ткань. С первым вдохом новорожденного легкие расправляются и устанав­ливается ритмическое дыхание, частота которого колеблется от 40 до 60 в минуту. Механизм первого вдоха новорожденного связан с действием на нервные клетки дыхательного центра углекислого газа, растворенного в крови. Повышение его концентрации наблюдается при рождении ребенка в результате перевязки пуповины и отделения от организма матери. Накапливающийся в крови углекислый газ дей­ствует гуморально (непосредственно на нервные клетки дыхательного центра) и рефлекторно (через хеморецепторы кровеносных сосудов). В результате происходит активация дыхательного центра и включа­ются механизмы дыхания — ребенок совершает первый вдох. В осно­ве последующей деятельности органов дыхания новорожденного ле­жат физиологические механизмы, которые уже рассматривались.

В первые годы постнатального развития и в пубертатном периоде наблюдается особенно интенсивное развитие органов дыхания. В процессе онтогенеза значительно увеличивается масса и объем лег­ких. Слизистая оболочка дыхательных путей у детей раннего возраста нежнее и богаче кровеносными сосудами. Легкие менее эластичны и более полнокровны. В результате у детей легче происходит патологи­ческое повреждение органов дыхания.

В онтогенезе изменяется частота и глубина дыхания. Чем младше ребенок, тем дыхание его чаще. Глубина дыхания в сравнении со взрослыми у детей раннего возраста в 8-10 раз меньше. До 8 лет мальчики дышат несколько чаше девочек, а затем частота дыхания уравнивается (по некоторым данным, наблюдается более частое ды­хание у девочек). Глубина дыхания и легочная вентиляция у мальчи­ков больше, чем у девочек. У мужчин дыхательные движения осуще­ствляются в основном за счет сокращения диафрагмы — брюшной тип дыхания, у женщин — грудной тип дыхания (за счет сокращения межреберных мышц). Эти различия проявляются уже в препубертат- ном периоде (с 7—8 лет), но не являются постоянными и могут изме­няться в зависимости от характера трудовой деятельности.

Значительно изменяется с возрастом жизненная емкость легких, достигая к 16-17 годам функционального уровня взрослого.

Газовый состав альвеолярного и выдыхаемого воздуха у детей отличается от взрослых большим содержанием кислорода и мень­шим — углекислого газа, т. е. процент используемого кислорода у детей значительно меньше. Чем младше ребенок, тем это отличие проявляется резче.

У детей слабо выражена способность к произвольной регуляции дыхания, особенно с помощью словесных инструкций. Произвольная регуляция дыхания совершенствуется параллельно развитию речи и приближается к уровню взрослого только к 11—12 годам.

Функциональные показатели (ЧД, ЖЕЛ и др.) зависят от степени тренированности. У спортсменов частота дыхания составляет 6-8 в минуту, а у нетренированных лиц — от 14 до 20. Глубина дыхания, напротив, у спортсменов всегда больше, что является более эконо­мичным приспособлением органов дыхания и‘наиболее полно обес­печивает потребность организма в кислороде. Тренировка дыхания увеличивает устойчивость к заболеваниям дыхательной и сердечно­сосудистой систем, особенно у детей и подростков.

Таким образом, работа и спорт способствуют формированию правильного дыхания, являющегося необходимым условием здоро­вья. Важное значение для этого имеют также дыхательные упражне­ния и правильная осанка детей и подростков.

Неправильная рабочая поза ребенка сдавливает его грудную клетку и нарушает деятельность органов дыхания. Необходимо учи­тывать, что простудные и инфекционные заболевания детей и подро­стков, поражающие дыхательные пути, оказывают вредное влияние на развитие всех физиологических систем детского организма. На­пример, заболевания носа и глотки приводят к нарушению носового дыхания, которое, в свою очередь, нарушает высшую нервную дея­тельность детей и подростков и способствует развитию у них сердеч­но-сосудистых заболеваний.

В процессе учебно-воспитательной работы с детьми важно учи­тывать, что дети при осуществлении физической и умственной рабо­ты дышат неравномерно и часто задерживают дыхание. Для профи­лактики этих нарушений и нормализации дыхания необходимо напряженную физическую и умственную работу сочетать с легкими дозированными физическими упражнениями.

Классы, мастерские и другие школьные помещения должны по­стоянно проветриваться. Педагоги обязаны следить за тем, чтобы их ученики как можно больше находились на открытом воздухе. Стар­шие школьники должны проводить на воздухе не менее 3 часов в су­тки, а младшие школьники — не менее 4 часов. Особенно важен сон в хорошо проветренной комнате, поэтому следует приучать спать детей и подростков при открытых окнах летом и при открытой форточке зимой. Важное значение для нормального дыхания имеет одежда ре­бенка, которая должна быть достаточно легкой и не стеснять его ды­хательных движений.