attachments_27-10-2012_15-59-38 / МФиПФ системы дыхания

Из Возрастная физиология: Учеб.-метод. пособие / Под редакцией д.м.н. Ю. М. Досина.- Мн.: БГПУ, 2006. – 266 с.

Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих снабжение организма кислородом и выделение из него двуокиси углерода. Поступление кислорода в клетки необходимо для биологического окисления органических веществ в ходе которого, освобождается энергия необходимая для жизни и обеспечения организма. Прекращение дыхания ведет к гибели прежде всего нервных, а затем и других клеток. Кроме того, дыхание участвует в поддержании постоянства реакции жидкостей и тканей внутренней среды организма.

Дыхание человека включает следующие процессы: внешнее дыхание (вентиляция легких); обмен газов в легких (между альвеолярным воздухом и кровью капилляров малого круга кровообращения); транспорт газов кровью; обмен газов в тканях (между кровью капилляров большого круга кровообращения и клетками тканей);

внутреннее дыхание (биологическое окисление в митохондриях клеток).

Вентиляция легких осуществляется в результате периодических изменений объема грудной клетки. Увеличение его обеспечивает вдох (инспирацию), уменьшение – выдох (экспирацию). Фазы вдоха и выдоха составляют дыхательный цикл.

Газообмен в легких происходит путем диффузии кислорода из альвеолярного воздуха в кровь (около 500 л в сутки) и двуокиси углерода из крови в альвеолярный воздух (около 430л в сутки). Диффузия происходит вследствие разности парциальных давлений этих газов в альвеолярном воздухе и их напряжением в крови. Основное количество кислорода и двуокиси углерода переносится в связанном состоянии. Кислород транспортируется в виде оксигемоглобина. Наименьшее напряжение его в митохондриях клеток, в которых он используется для процессов биологического окисления. Напряжение кислорода в тканях зависит от ряда факторов: скорости тока крови, диаметра капилляров, расположения клеток по отношению к ним и интенсивности окислительных процессов. При высоком уровне их напряжение кислорода в клетках может приближаться к нулю.

Человек дышит атмосферным воздухом, который имеет следующий состав: кислород – 20,94%, углекислый газ –0,03%, азот и инертный газ (аргон и др.) – 79,03%. Состав выдыхаемого воздуха следующий: кислород –16,3%, углекислый газ – 4% и азот –78,7%. Выдыхаемый воздух – это смесь альвеолярного воздуха с воздухом, который находится в верхних дыхательных путях. Альвеолярный воздух содержит: углекислый газ –5,2%, кислород –14,2%, азот –80,6%.

Важной характеристикой функционирования дыхательной системы служит жизненная емкость легких (ЖЕЛ) – наибольшее количество воздуха, который человек может выдохнуть после глубокого вдоха. ЖЕЛ меняется с возрастом, зависит от длины тела, степени развития грудной клетки и дыхательных мышц, пола и самочувствия индивида. У взрослого человека жизненная емкость равна в среднем 3500 мл воздуха и слагается она из 3-х величин: дыхательного, дополнительного и резервного воздуха. Жизненная емкость легких изменяется с возрастом и развитием организма. Меняется также и соотношение между объемами воздуха, из которых состоит жизненная емкость легких.

Регуляция дыхания осуществляется дыхательным центром, который расположен в продолговатом мозге. Его разрушение приводит к остановке дыхания и смерти. Дыхательный центр находится в состоянии постоянной активности: в нем ритмически возникают импульсы возбуждения, которые передаются по центробежным нейронам к межреберным мышцам и диафрагме, обеспечивая последовательное чередование вдоха и выдоха.

Рефлекторная регуляция дыхания осуществляется за счет хеморецепторов, расположенных в артериях и реагирующих на снижение напряжения в крови кислорода и увеличение концентрации двуокиси углерода, а также за счет механорецепторов легких и дыхательных мышц. В ней принимает участие кора головного мозга, обеспечивающая тончайшее приспособление дыхания к потребностям организма в связи с изменениями условий внешней среды и внутренней среды.

Большое влияние на состояние дыхательного центра оказывает химический состав крови. Накопление углекислого газа в крови рефлекторно возбуждает дыхательный центр.

9.2. Возрастные особенности дыхания.

При плацентарном кровообращении плод получает достаточное количество кислорода от матери и регулярно освобождается от углекислого газа. С момента рождения газообмен между кровью матери и плода прекращается. В результате этого в организме новорожденного накапливается углекислота, которая и является причиной его первого вдоха. С первым криком начинается легочное дыхание.

Механизм дыхания у новорожденных.

У новорожденных акт дыхания зависит от строения и развития грудной клетки. Она мягкая, податливая, сжата с боков и имеет форму усеченной пирамиды, обращенной основанием вниз. Ребра располагаются так, что не могут низко опускаться, почему грудная клетка всегда несколько приподнята. В силу этого ребенок не может делать глубоких вдохов и выдохов и поступление кислорода регулируется числом дыхательных циклов. По мере расправления легочной паренхимы и установления легочного дыхания ребра постепенно принимают горизонтальное положение, межреберные пространства расширяются, боковые вдавливания выпрямляются и уже к 10 суткам жизни грудная клетка приобретает коническую форму. Ребра при этом расположены почти перпендикулярно позвоночнику, что ограничивает экскурсию грудной клетки и обуславливает у детей диафрагмальный тип дыхания. В связи с таким строением грудная клетка принимает незначительное участие в акте дыхания. Оно осуществляется в основном за счет опускания диафрагмы. Такое дыхание сохраняется вплоть до второй половины первого года жизни. У новорожденного диафрагма эластична, ее сухожильная часть занимает малую площадь, а мышечная – большую. С возрастом она увеличивается еще больше и только к 60 годам она начинает атрофироваться замещаясь сухожильной тканью. У грудных детей во время вдоха преодолевается сопротивление внутренних органов, находящихся в брюшной полости. Поэтому энергия, затрачиваемая на дыхание, у них существенно превышает таковую у взрослых. При слабом развитии дыхательной мускулатуры детские легкие располагают большей дыхательной поверхностью альвеол в силу чего количество крови, протекающей через орган в единицу времени больше чем у взрослых (табл. 14).

Таблица 14

Возрастные изменения объема легких (см³).

Возраст, мес.	Правое	Левое
1	62	48
2	53	45
4	60	45
8	250	210

Частота дыхания у детей.

У новорожденных и детей первых месяцев жизни дыхание неравномерное, аритмичное, глубокое дыхание сменяется поверхностным, паузы между вдохом и выдохом неравномерны.

В первые дни жизни число дыхательных движений составляет 40–60 в мин. По мере взросления оно сокращается до 30–35 в мин, к 10 годам до 20-22, к 15 до 18–20 в мин.

Взрослый человек дышит примерно 15-16 раз в минуту.

При мышечной работе дыхание учащается в 2–3 раза, а во время сна уряжается. Частота дыхания в покое до 8 лет преобладает у мальчиков, а к периоду полового созревания она становится больше у девочек. Это обратное соотношение наблюдается в течение всей жизни.

У новорожденного объем одного дыхательного движения в среднем равен 20 мл, к концу первого месяца достигает 25 мл. С возрастом он увеличивается: у годовалого ребенка – 80 мл, у 5–летнего – 150 мл, у младших школьников – 250 мл, у 16–летнего и старших – до 400 мл.

При крике объем дыхательного движения увеличивается в 2-5 раз. Объем одного дыхания, умноженный на число дыханий в 1 мин., называется минутным объемом дыхания (МОД).

У новорожденных МОД составляет примерно 800-900 мл, к концу 1 года – 2600 мл, а к 5 – 3200 мл. Мощность дыхательного аппарата значительно возрастает от12 до 17 лет, а к 16-17 годам МОД достигает величины, характерной для взрослого – 5000 мл.

Как уже отмечалось одной из функциональных характеристик легких служит их жизненная емкость (ЖЕЛ). У новорожденных ее измерение представляет большие трудности, поэтому у них обычно определяют так называемую жизненную емкость крика.

Считается, что при очень сильном крике количество выдыхаемого воздуха почти равно ЖЕЛ и в первые минуты после рождения составляет 56–110 мл. У детей ЖЕЛ зависит от физического развития, возраста, пола, окружности грудной клетки. У ребенка 5–6 лет – 1200 мл, 8 лет в пределах 1100–1700 мл, 9–ти лет – 1130–2200 мл, 10-и лет – 1360–2300 мл, 11-и лет – 1480–2700 мл.

Таблица 15

Средние показатели внешнего дыхания у детей.

Воз-раст, лет	Час- тота дыха-ния, мин	Глу-би- на ды-ха- ния, мл	Погло- щение кислор., мл	Жизненная емкость легкихх		Объем дополн- ного воздуха, мл.	Объем запас-ного возду-ха, мл	Ми-нутная венти-ляция мл
				Маль-чики, мл	Де- воч- ки, мл
5	24	151	115,3	1200	-	520	530	3500
6	26	156	114,6	1200	1100	500	510	3500
7	23	163	133,2	1400	1200	570	500	3650
8	22	170	138,7	1600	1300	650	650	3800
9	21	230	151,7	1700	1450	680	690	4100
10	20	230	169,3	1800	1650	730	740	4300
11	19	254	160,8	2100	1800	850	840	4600
12	18	260	166,2	2200	2000	950	900	4700
13	18	280	176,9	2200	2100	970	900	4800
14	17	300	207,5	2700	2400	1100	1100	4900
15	17	375	210	3200	2700	1250	1200	5400

^х Остальные показатели внешнего дыхания у мальчиков и девочек примерно одинаковы

Обычно ЖЕЛ оценивают по так называемому жизненному показателю, т.е. на кг массы тела. Однако этот параметр может заметно варьировать даже в одной возрастной группе в связи с большими колебаниями веса детей. Более объективную картину дает сопоставление фактической ЖЕЛ с должной. Она вычисляется умножением должного основного обмена на эмпирический коэффициент. Должный основной обмен устанавливается по таблицам Гаррис- Бенедикта исходя из возраста, пола, роста и веса обследуемого ребенка. Коэффициент пересчета: для детей 4 лет – 1,4; 5–6 лет – 1,5; 7–9 лет – 1,65; 10–13 лет – 1,75; 14–15 лет – 2,0; 16–17 лет – 2,2.

В пубертантном периоде появляются существенные половые различия в ЖЕЛ. У девушек и женщин она меньше, чем у юношей и мужчин и достигает максимума к 25–30 годам.

Тип дыхания зависит от возраста ребенка и пола. Для периода новорожденности и детей первого месяца жизни характерно диафрагмальное дыхание, у грудных детей – грудно-брюшное, хотя в этом возрасте еще преобладает диафрагмальное. По мере того как ребенок приобретает горизонтальное положение (начало второго года жизни) дыхание складывается из диафрагмального и грудного, причем может преобладать тот или иной тип. С развитием плечевого пояса начинает доминировать последнее. У мальчиков к пубертатному периоду превалирует брюшной тип, а у девочек – грудной.

Легочная вентиляция также может оцениваться более объективно по отношению МОД к килограмму массы тела. Для детей различных возрастов оно выглядит следующим образом:

новорожденные 190 мл/кг

1 год 300 мл/кг

6 лет 170 мл/кг

11 лет 140 мл/кг

14 лет 130 мл/кг

Взрослые 100 мл/кг

Эти данные свидетельствуют о том, что у детей на килограмм массы тела приходится больший дыхательный объем. Эффективность легочной вентиляции зависит от объема мертвого дыхательного пространства – воздуха верхних дыхательных путей. Оно у новорожденных составляет 34 % от дыхательного объема, у ребенка 6-7 лет – 22–26 %, в 10–11 лет – 28 %, у подростков – 32–33 %, т.е. такое же, как у взрослых. Легочная вентиляция у детей значительно больше, чем у взрослых. Это и обуславливает больший газообмен, который соответствует интенсивному обмену веществ, обеспечивающему рост и развитие детей. При выполнении физической работы легочная вентиляция у детей увеличивается в 3-7, а при больших нагрузках – в 20 раз. Ее рост увеличивается за счет увеличения частоты дыхательных циклов, в то время как дыхательный объем легких мало изменяется. Такой ритм дыхания затрудняет физическую и умственную деятельность и считается неэкономным.

Газовый состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха у детей отличается большим содержанием кислорода (О₂₎ и меньшим содержанием углекислого газа (СО₂₎, чем у взрослого человека. (табл.16).

Таблица 16

Состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха у детей

Возраст	Выдыхаемый воздух О2 % СО2 %	Альвеолярный воздух О2 % СО2 %
1 месяц	18,4 2,0	- -
1 год	18,0 2,4	17,6 2,96
3 года	17,9 2,8	16,77 3,65
5 лет	17,6 2,8	16,44 3,85
10 лет	17,4 3,1	16,11 4,22
13 лет	17,2 3,3	15,99 4,56
16 лет	17,0 3,6	14,96 4,89
Взрослые	16,3 4,0	14,5 5,33

С возрастом количество О₂ в альвеолярном воздухе уменьшается, а СО₂ увеличивается по причине изменения частоты и глубины дыхания. У детей вследствие большой частоты и меньшей глубины дыхания эффективность дыхания, т.е. процент использования кислорода из вдыхаемого воздуха, ниже, чем у взрослых. Однако за счет большей величины относительного минутного объема дыхания у детей снабжение тканей кислородом выше, чем у взрослых. Вследствие этого высокая потребность его организма в кислороде полностью удовлетворяется.

Кровь плода содержит меньше кислорода и больше углекислого газа по сравнению с кровью матери. Так, в крови пупочной вены плода гемоглобин насыщен кислородом на 40-70 об %, а концентрация СО₂ составляет 60 об %, тогда как у матери эти показатели находятся на уровне 96 и45-50 об % соответственно.

Таким образом, плоду свойственна относительная гипоксемия и гиперкапния, облегчающие газообмен в плаценте. К концу беременности у плода повышается кислородная емкость крови до 24–26 об %, вследствие большого сродства фетального гемоглобина к кислороду. Это же обуславливает сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина влево. После рождения в первые дни у ребенка сохраняется высокая кислородная емкость крови и сдвиг кривой диссоциации влево.

У детей содержание кислорода и углекислого газа в крови ниже, чем у взрослых (табл 17). Наблюдается состояние физиологической гипоксемии и гипокапнии.

Таблица 17

Содержание О₂ и СО₂ в крови об %

Возраст	Альвеолярная кровь О2 СО2	Венозная кровь О2 СО2
4 мес – 2 года	15,3 38,6	9,4 46,2
3 года-15 лет	16,0 40,5	10,5 47,0
Взрослые	18-20 52	14 58,0

Физиология первого вдоха и особенности регуляции дыхания у детей.

При внутриутробном развитии у плода возникают дыхательные движения, но они происходят при замкнутой голосовой щели, что препятствует попаданию околоплодной жидкости в легкие. Дыхательные движения в период внутриутробного развития обусловлены спонтанной активностью нейронов дыхательного центра. К концу беременности при их осуществлении в межплевральном пространстве отчетливо определяется отрицательное давление. С момента рождения возбудимость инспираторных нейронов дыхательного центра резко возрастает. Еще до перевязки пуповины прекращается газообмен за счет плацентарного кровообращения, изменяется газовый состав крови ребенка, возникает избыток углекислого газа который и активирует дыхательный центр обладающий сравнительно низкой восприимчивостью к гиперкапнии. Другими стимуляторами дыхательных движений являются раздражение терморецепторов и механорецепторов кожи разностью температур и самим актом рождения. Немаловажную роль в возникновении первого вдоха играет и «неспецифическая» стимуляция, которая побуждает дыхательные нейроны к началу их ритмической активности (прикосновение рук акушера к телу ребенка, более низкая температура окружающей среды и др.). Следовательно, первый вдох – это не только включение центрального дыхательного механизма. У новорожденных в этот момент напрягаются все мышцы, расширяется грудная клетка, расправляются и наполняются воздухом альвеолы, вследствие возникновения отрицательного внутригрудного давления. Тем самым, создаются все необходимые механические предпосылки для работы дыхательного аппарата, которые сохраняются в течение всей жизни. Через 1-3 дыхательных движений легочная ткань становится равномерно воздушной. При первом вдохе ребенком затрачивается энергии в 10-15 раз больше, чем на все последующие, затрачиваемые на преодоление упругости легочной ткани.

У новорожденных в связи с незрелостью нервных центров и рецепторного аппарата каротидного синуса, дуги аорты возбудимость дыхательного центра значительно снижена. Она сохраняется таковой и в период грудного вскармливания, находя свое выражение в нерегулярности дыхательной ритмики, сенситивности и устойчивости грудных детей к недостатку кислорода (гипоксии).

Возбудимость дыхательного центра к СО₂ достигает зрелого уровня лишь к школьному периоду. На пути к нему, особенно в пубертатную фазу механика дыхательного цикла претерпевает ощутимый подъем: усиливается реактивность исполнительных органов, сенситивность дыхательных нейронов к гуморальным агентам, масса и сила дыхательной мускулатуры.

Блуждающие нервы включаются в регуляцию дыхания с момента первого вдоха. Вследствие расправления легких рецепторы растяжения начинают реагировать на изменение объема легких. Это доказывается большей легкостью воспроизведения тормозного рефлекса Геринга-Брейера у детей, чем у взрослых. Таким образом, рефлекторный аппарат автоматической регуляции смены вдоха и выдохом формируется к моменту завершения внутриутробного созревания.

В зависимости от созревания воспринимающих приборов (хеморецепторов, проприорецепторов), совершенствования структуры и функции центральных нервных образований, которые принимают участие в регуляции дыхания организма, модифицируется качество регулирования кислородных режимов организма.