- •В.И.Павлова, н.В.Мамылина, ю.Г.Камскова Анатомо-физиологические и возрастные особенности дыхательной системы человека. Челябинск
- •Введение
- •1.Анатомическое строение органов дыхания
- •Возрастные особенности полости носа
- •Возрастные особенности гортани
- •Возрастные особенности трахеи и главных бронхов
- •Возрастные особенности легких
- •Возрастные границы легких
- •2. Физиологические аспекты функционирования дыхательной системы человека.
- •Биомеханика дыхательных движений
- •Механизм вдоха и выдоха
- •Механизмы газообмена и транспорта газов
- •Взаимоотношения давлений в дыхательной системе
- •Координация дыхания с другими функциями организма
- •Метаболизм биологически активных веществ в легких
- •3. Система внешнего дыхания у плода и факторы риска.
- •4. Система внешнего дыхания у новорожденных и факторы риска
- •5. Система внешнего дыхания у детей и подростков и факторы риска
- •6. Особенности резервирования системы внешнего дыхания у людей зрелого возраста и факторы риска
- •7. Система дыхания в пожилом и старческом возрастах и факторы риска
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Оглавление
5. Система внешнего дыхания у детей и подростков и факторы риска
В течение первого года жизни ребенка параллельно увеличению размеров его тела происходит рост и интенсивное развитие у него бронхиального дерева и легочной паренхимы, чему способствует повышение двигательной активности ребенка. Особенно отчетливо дыхательная активность возрастает с появлением способности к ползанию и ходьбе; при этом суточные энергетические запросы организма ребенка увеличиваются вдвое. К концу первого года жизни размеры и количество альвеол в его легких возрастают примерно на 500%. Вместе с тем воздухоносные пути развиваются более медленно, чем респираторный отдел легких: их диаметр увеличивается только на 30%, а длина - на 20%. .Эти факторы сохраняют относительно высоким сопротивление дыханию, несмотря на возросшие вентиляторные потребности организма ребенка.
Функциональные характеристики системы внешнего дыхания в течение первого года жизни изменяются в различной степени. Так, остается без изменений отношение объема «мертвого» пространства легких к их дыхательному объему. Развитие воздухоносной и респираторной зон легких ведет к увеличению объемной скорости воздушного потока до 0,16-0,19 л/с. По сравнению с периодом новорожденности наполовину снижается, но остается достаточно высоким бронхиальное сопротивление (25-28 см вод. ст./л • с). Продолжительность фаз инспирации и экспирации дыхательного цикла весьма нестабильна. Тем не менее к концу первого года жизни уменьшается вариабельность колебаний параметров вентиляции легких по сравнению с таковыми у новорожденных. Одновременно происходит снижение частоты дыхания и увеличение дыхательного объема. Последний показатель возрастает в линейной зависимости от возраста и составляет к концу первого года жизни в среднем 70- 78 мл (в 2,5-3,5 раза больше, чем у новорожденного). Жизненная емкость легких возрастает до 475 мл, т. е. увеличивается более чем в 3 раза, но до периода полового созревания этот показатель должен возрасти еще примерно в 20 раз. На фоне описанной выше возрастной динамики параметров внешнего дыхания ребенка соотношение объемов, составляющих общую емкость легких, мало изменяется до 6-7 лет его жизни.
В течение первого года жизни ребенка наиболее динамично увеличивается минутный объем дыхания. Так, относительная величина легочной вентиляции (отношение вентиляции легких к площади тела) увеличивается почти вдвое - до 9,8 л/(мин • м2), что свидетельствует о возрастающей возможности системы внешнего дыхания поддерживать газовый гомеостаз в организме. При этом примерно вдвое увеличивается объем альвеолярной вентиляции, которая является основным показателем газообмена между альвеолярным воздухом и кровью. В результате интенсивность газообмена О2 в легких возрастает примерно в 2 раза (88 мл/мин). Однако в расчете на единицу массы тела данная величина составляет около 8 мл/(мин • кг), это свидетельствует о постепенном снижении интенсивности обменных процессов, что характерно для периода новорожденности.
Кривая диссоциации оксигемоглобина у ребенка практически соответствует таковой у взрослого человека, поскольку в эритроцитах исчезает фетальный гемоглобин.
Описанная выше динамика функциональных показателей системы внешнего дыхания ребенка обусловлена морфофункциональными изменениями, происходящими в ней за первый год жизни: рост проходимости дыхательных путей увеличивает в них объемную скорость воздушного потока и одновременно снижает их динамическое сопротивление. В результате атмосферный воздух более эффективно обменивается с альвеолярным, снижаются энергозатраты на работу дыхательных мышц. Кроме того, возрастает растяжимость легочной ткани, что также уменьшает затраты энергии в процессе дыхания и способствует увеличению жизненной емкости легких.
Увеличение объема дыхания сопровождается ростом объема общей и альвеолярной вентиляции. В свою очередь, увеличение объема альвеолярной вентиляции обеспечивает возросшую интенсивность поглощения кислорода. Следовательно, на раннем этапе онтогенеза преобладают количественные изменения морфофункциональных характеристик дыхательной системы. Вместе с тем отмечается синхронность роста и развития системы внешнего дыхания с физическим развитием организма ребенка.
В периоде раннего детства (возраст от 1 года до 3 лет) интенсивное развитие бронхиального дерева и паренхимы легких создает благоприятные условия для развития двигательной активности. С появлением способности к ползанию и ходьбе резко увеличиваются энергозатраты и одновременно изменяются показатели системы дыхания. Пропорционально росту тела происходит развитие бронхолегочных структур. Относительно мало изменяются показатели вентиляции легких - частота и дыхательный объем, а также минутный объем дыхания. При этом можно подчеркнуть две особенности в функции системы внешнего дыхания: во-первых, более стабильной величиной становится частота дыхания в минуту; во-вторых, снижается показатель относительной вентиляции легких. Данные особенности связаны с устойчивостью в функционировании дыхательного центра и со снижением интенсивности обменных процессов в указанный возрастной период. В этих условиях увеличивается эффективность легочного газообмена и одновременно происходит экономизация системы внешнего дыхания.
В возрасте 1-3 года начинают формироваться корковые механизмы произвольной регуляции дыхания. Так, с конца первого года жизни во время произнесения слов (речеподражания) соответствующим образом изменятся глубина и частота дыхательных движений, т.е. дыхательный центр начинает функционировать под контролем моторных зон коры головного мозга. Примерно с 2 лет ребенок способен уже произвольно увеличивать глубину дыхания. Физическая активность вызывает гипервентиляцию, что свидетельствует о повышении роли нейрогенных стимулов (сигналы от проприоре-цепторов мышц, двигательной коры, лимбической системы) в регуляции активности дыхательного центра.
Анатомо-физиологической особенностью системы внешнего дыхания у детей и подростков является гетерохронность ее развития: в 4-5 лет доминирует развитие воздухоносных путей, а в 5-7 лет в большей степени начинают увеличиваться респираторные отделы легких. Гетерохронное развитие бронхолегочных структур обусловливает возрастную динамику функциональных показателей системы внешнего дыхания. Минутная вентиляция легких в покое прогрессивно увеличивается почти в 10 раз. Постепенно снижается частота генерации дыхательного ритма в дыхательном центре (28 дыхательных циклов в минуту в 4 года, 24 - в 7 лет, 22-25 - в 8- 12 лет). Величина дыхательного объема интенсивнее нарастает в период увеличения диаметра воздухоносных путей (возраст 5-6 лет): мальчики – 143-220 мл; девочки -167 -14 мл. Описанные выше тенденции в возрастной динамике системы внешнего дыхания свидетельствует о дальнейшей экономизации функции. В результате за три года - с 4 до 7 лет (период первого детства) - уменьшается относительная вентиляция легких (на единицу площади поверхности тела) с 4,5 до 3,7 л/ (мин • м2).
В возрасте от 5 до 7лет примерно до 1,5 раза возрастает резерв дыхания (максимальная и предельная вентиляции легких), усиливается активность межреберных дыхательных мышц, которые более эффективно включаются в изменение объема грудной клетки. Урежение частоты дыхания и формирование глубокого дыхания - наиболее оптимальный режим дыхательных движений, повышающий величину альвеолярной вентиляции. Параллельно стабилизируется частота генерации дыхательного ритма в единицу времени. В этот период соотношение времени вдоха и выдоха становится примерно равным. Однако в дыхательном центре начинает формироваться типичное для взрослых соотношение временных параметров этих фаз дыхания: фаза экспирации становится более длительной, чем фаза инспирации. Дыхательный объем возрастает в линейной зависимости от возраста. При этом увеличивается общая емкость легких, однако соотношение составляющих ее объемов до 6-7 лет изменяется мало. Соотношение вентиляции и перфузии в различных отделах легких (верхние-нижние отделы) примерно равное.
Особенностью развития системы внешнего дыхания у детей в возрасте 7-8 лет (с началом периода второго детства) являются выраженные индивидуальные различия количественных характеристик вентиляции легких у детей одной возрастной группы. В 10-11 лет начинает формироваться градиент соотношения вентиляции и перфузии в верхних, средних и нижних отделах легких. В результате создаются условия для неравномерного насыщения гемоглобина кислородом в различных зонах легких. Однако дети по сравнению со взрослыми имеют высокую интенсивность вентиляции респираторной зоны.
После 9-10 лет за счет развития торакопульмонального комплекса тканей существенно возрастает величина жизненной емкости легких. У детей 7-11 лет грудная клетка сохраняет конусообразную форму, до некоторой степени приближаясь к цилиндрической при сохранении незначительного наклона ребер. С возрастным развитием физиологической активности и силовых характеристик дыхательных мышц увеличивается резервный объем выдоха и особенно вдоха, его величина начинает доминировать в жизненной емкости легких, что способствует увеличению глубины дыхания при рефлекторной или произвольной гипервентиляции.
В возрасте 4-12 лет морфофункциональные характеристики легких и физическое развитие ребенка находятся в плавном и поступательном развитии. С 8-9 лет начинается расширение диаметра воздухоносных путей и резко снижается трахеобронхиальное явление. Одновременно возрастает эластичность тканей легких и грудной клетки. В общей работе дыхания динамический компонент составляет 25-30%, а эластический – 70-75%. Быстрыми темпами нарастают объемные показатели легких, и энергозатраты на преодоление эластического сопротивления легочной ткани в момент инспирации у детей не снижаются.
Растяжимость легких увеличивается с ростом функциональной остаочной и жизненной емкости легких. Возрастное увеличение растяжимости легких обусловлено разными факторами: до 7-8 лет она растет в результате увеличения количества альвеол (рост респираторной зоны легких), а затем - за счет увеличения их диаметра. В обоих случаях в респираторной зоне легких растет масса эластических волокон, влияющих на формирование эластических свойств легочной ткани, т.е эластической тяги легких. Поскольку ткани грудной клетки у новорожденных имеют высокую растяжимость, а с возрастом она, наоборот, снижается, то в подростковом возрасте растяжимость легких и структур грудной клетки становится примерно равной. Уменьшается неэластическое сопротивление в системе внешнего дыхания, что обусловлено увеличением просвета воздухоносных путей: аэродинамическое сопротивление к 14-15 годам составляет 3 см вод. ст./ л • с. Благодаря снижению аэродинамического сопротивления рост глубины дыхательных движений увеличивает скорость потока воздуха во время вдоха в 6 лет- до 180, в 15 лет - до 310 мл/с. В целом для детей характерны все-таки высокие затраты энергии на вентиляцию легких (примерно в 2,5 раза больше, чем у взрослых, на вентиляцию 1 л воздуха). Газовый состав альвеолярного воздуха и крови стабилизируется на относительно постоянном уровне к 7 годам. Поглощение О2 в тканях организма варьирует от 107 (4 года) до 130 мл/мин (7 лет). Данный
показатель существенно ниже количества поглощаемого за минуту 02 в организме взрослого и пожилого человека. При этом возрастает диффузионная способность легких, которая коррелирует с объемом легких и длиной тела. Гипервентиляция поддерживает более высокое, чем у взрослых, парциальное давление О2 в альвеолярном воздухе и более низкое - СО2. Поэтому в легких эффективно осуществляется насыщение крови кислородом и удаление из нее СО2. В последующие возрастные периоды (у подростков) постепенно исчезает гипервентиляция и возникает обратная тенденция-в альвеолярном воздухе снижается содержание О2 и возрастает концентрация СО2. У детей 5 лет в притекающей к легким венозной крови напряжение О2 достигает около 35 мм рт. ст. (4,7 кПа) [у взрослых - 40 мм рт. ст. (5 кПа)]. Высокий градиент концентрации О2 между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров (около 60 мм рт. ст.) обеспечивает эффективную диффузию О2 через аэрогематический барьер. В результате напряжение О2 в артериальной крови составляет примерно 105-108 мм рт. ст. (14-14,4 кПа). У детей более низкое, чем у взрослых, напряжение в артериальной крови СО2, что повышает сродство гемоглобина к кислороду (эффект Бора).
Коэффициент вентиляционно-перфузионных отношений в легких у детей до 8-10 лет превышает единицу (около 1,1), что связано с большими величинами минутного объема дыхания и легочного кровотока и соответствует высокому уровню обмена веществ у детей. После 10 лет вентиляционно-перфузионное отношение приближается к единице, а к концу подросткового возраста становится меньше единицы (0,8-0,9).
Дети имеют высокий процент насыщения гемоглобина кислородом благодаря существенному градиенту О2 по обе стороны альвеолярно-капиллярной мембраны. Однако для их крови характерна невысокая кислородная емкость. Так, количество О2, переносимое 1 л крови, у детей в возрасте 5 лет составляет 163 мл, а у взрослых -190 мл . В результате кислородтранспортная функция крови детей имеет меньшую возможность кислородного снабжения их тканей (например, при физических нагрузках). В венозной крови 5-летних детей содержание О2 составляет 105 мл /л, поэтому артериовенозная разница по кислороду у них меньше, чем у взрослых, а из каждого литра крови тканями утилизируется меньше О2. И все же детский организм в достаточной степени снабжается О2 благодаря гипервентиляции и большой скорости кровотока.
У детей и подростков имеет место гипервентиляция на фоне сравнительно низкого напряжения СО2 и высокого напряжения О2 в артериальной крови, поэтому их дыхательный центр имеет высокую чувствительность к действию СО2 и низкую ответную реакцию дыхания на гипоксию. Так, снижение концентрации О2 во вдыхаемом воздухе до 11-12% в возрасте 8-9 лет вызывает увеличение вентиляции легких на 38%, в то время как у взрослых - на 60%.
Наряду с низкой чувствительностью центрального аппарата регуляции дыхания к гипоксии у детей и подростков, небольшое снижение О2 во вдыхаемом воздухе не влияет на потребление О2 тканями. В случае выраженной гипоксии и при меньшей степени гипоксии у детей быстрее, чем у взрослых, включаются компенсаторные механизмы (например, снижение потребления О2 тканями). Так, у детей 5-11 лет уменьшение потребления О2 тканями отмечается при снижении напряжения О2 в крови до 96 мм рт. ст. (12,8 кПа), а у взрослых - при 85 мм рт. ст. (11,8 кПа) и ниже.
Дыхательная система детей и подростков адекватно реагирует увеличением вентиляции легких на возрастание физической работы. В эти возрастные периоды начинают формироваться условно-рефлекторные опережающие реакции дыхания на последующую физическую нагрузку (например, предстартовое состояние). Вместе с тем несовершенство центральных механизмов регуляции дыхания (высокая чувствительность к СО2 и сниженная чувствительность к гипоксии) требует правильного сочетания физической нагрузки и отдыха для детей дошкольного возраста. Дыхательная система детей в возрасте 1-8 лет способна поддерживать необходимый уровень газообмена лишь при умеренных физических нагрузках.
В возрасте 10-13 лет подростки способны произвольно увеличивать максимальную вентиляцию легких, что свидетельствует о корковом контроле дыхательной функции. Дальнейшее увеличение максимальной вентиляции легких происходит в юношеском возрасте. В периоде первого детства максимальная вентиляция легких лишь в 10 раз превышает таковую в покое, в подростковом возрасте- в 13 раз, у взрослых - в 20-25 раз. Следовательно, у людей после периода полового созревания формируются наибольшие резервные возможности системы внешнего дыхания.
В дошкольном и младшем школьном возрасте прирост легочной вентиляции все еще происходит преимущественно за счет частоты дыхания. У подростков при гипоксии гиперпноэ возникает уже за счет увеличения дыхательного объема, т. е. глубины дыхания. Однако примерно у половины из них реакция дыхания сопровождается увеличением частоты дыхания.
У детей и подростков хеморецепторы регулируют дыхание в ответ на незначительные колебания О2 в альвеолярном воздухе. Так, снижение альвеолярного О2 на 3-5 и на 6-7 мм рт. ст. вызывает у ребенка 8 лет увеличение вентиляции на 10 и на 23% соответственно.
В периоде полового созревания у детей в связи с незавершенностью развития центральных механизмов регуляции дыхания могут возникать отклонения в режиме дыхания (в форме одышки) даже при выполнении небольших физических нагрузок. В результате дети имеют повышенную утомляемость, низкую мышечную работоспособность, избегают подвижных игр. Для них рекомендуется постепенное, но систематическое увеличение занятий физкультурой под контролем врача.
Резервные возможности дыхательной системы можно существенно повысить к 12-14 годам при постоянных занятиях физической культурой. Однако способность дыхательной системы обеспечивать адекватный интенсивной физической работе газообмен без декомпенсации системы дыхания возможен лишь к 17-18 годам. В целом темпы созревания системы внешнего дыхания у детей этой возрастной группы находятся в обратной зависимости от их индивидуального физического развития.
Особенности системы внешнего дыхания в пубертатный период. Неравномерность и гетерохронность роста и развития органов и систем, свойственные онтогенезу ребенка, еще больше проявляются в пубертатный период. Повышение активности желез внутренней секреции, связанное с половым созреванием организма, обусловливает большие гормональные перестройки, усиление обменных процессов, повышение энергетических затрат организма. Все это стимулирует дальнейшее развитие дыхательной функции легких.
Развитие функции дыхания в пубертатный период характеризуется неоднородностью и большой вариативностью показателей внутри одной возрастной группы. Происходит интенсивный рост грудной клетки - ее окружность увеличивается на 2,5-3 см в год. Интенсивно увеличивается длина и диаметр бронхов, а в 14-15 лет - и масса легких. В начале периода полового созревания общий объем легких превышает таковой в периоде новорожденности в 10, а в конце - в 20 раз.
Биомеханические характеристики легких и грудной клетки у детей и подростков имеют следующие особенности (относительно новорожденного): бронхиальное сопротивление меньше в 10 раз, эластическое сопротивление легочной ткани больше в 3 раза; аэродинамическое сопротивление потоку воздуха в дыхательных путях достигает в период с 13 до 15 лет следующих величин: 4,7-5,7 (12 лет) - 3,3-4,3 см вод. ст./ л • с (13 лет). У подростков 15 лет и старше эта величина составляет уже 1,9 см вод. ст. /л • с. Одновременно возрастают объемные скорости потока воздуха во время спокойного дыхания: с 0,45 л / с в 12 лет до 0,51 л/ с в 13-14 лет. Параллельно возрастает сила дыхательных мышц, что увеличивает резервные возможности вентиляции легких. Эти резервы у подростков 12-13 лет составляют 92% максимальной вентиляции легких. Частота дыханий варьирует от 16 до 22 в минуту. В подростковом периоде отмечается неустойчивость частотных и амплитудных параметров дыхательных движений: дыхательный объем составляет 245-418 мл, а минутный объем дыхания - 4,5-9,4 л/мин. Основным фактором, влияющим на вариативность показателей внешнего дыхания в этот период жизни, является неустойчивость в функционировании дыхательного центра, которая обусловлена существенным изменением функции гипоталамуса (эндокринная регуляция) и лимбической системы (мотивации, эмоции).
В пубертатном периоде возрастает объем «мертвого» пространства за счет роста и развития структур воздухопроводящей зоны легких. Так, функциональное «мертвое» пространство у девочек и мальчиков 12-13 лет составляет соответственно 112-115 мл и 119- 138 мл, т.е. равно 29-34% дыхательного объема. Значительно варьирует величина альвеолярной вентиляции: от 2,8 л/мин (12 лет) до 4,5-4,8 л/мин (14 лет). В среднем альвеолярная вентиляция составляет 69% минутной вентиляции легких. Относительные величины минутной вентиляции легких и альвеолярной вентиляции снижаются у подростков соответственно до 3,1-3,3 л/(мин • м2) и 0,1- 0,114 л/(мин • кг). У них начинает возрастать продолжительность фаз дыхательного цикла, динамика которых в основном обусловлена увеличением времени фазы выдоха.
Для подросткового возраста характерна гетерохронность развития системы внешнего дыхания и кровообращения в легких. Площадь газообмена (альвеолярно-капиллярной мембраны) и легочный кровоток в единицу времени на массу тела у подростков выше, чем у взрослых, что необходимо для обеспечения интенсивного газообмена в растущем организме. В периоде полового созревания повышается тонус сосудов малого круга кровообращения и одновременно более четкими становятся региональные особенности кровообращения в малом круге (зоны Веста), что вызывает неравномерное распределение кровотока в легких. Так, вентиляционно-перфузионное отношение больше в нижних зонах легких.
В пубертатном периоде сохраняется гипервентиляция легких, т. к. в альвеолярном воздухе СО2 удерживается на уровне 4,98-5,23% (5,5-5,7% у взрослых). С увеличением длины тела и поверхности легких возрастает их диффузионная способность: 18 мл/(мин • мм. рт. ст.) к 15 годам при длине тела 170 см. Потребление О2 у 12-14-летних девочек составляет 4,3- 4,6 мл/(мин • кг). Количество связанного и свободнорастворенного О2 в крови подростков равно таковому у взрослых, но относительное содержание О2 на 1 кг массы тела не имеет устойчивых показателей, что свидетельствует о нестабильности кислородтранспортной системы у подростков.
В таблице 6 приведены некоторые физиологические данные системы дыхания человека в различные возрастные периоды.
Таблица 6
Физиологические данные системы дыхания у человека
возраст |
частота дыхания |
МОД |
ДО, мл |
ЖЕЛ, мл |
потребность в О2 на 1 кг массы, мл/мин | ||
см3 |
на 1 кг массы тела |
абсолютный |
на 1 кг массы тела | ||||
новорож. |
48 |
635 |
192 |
11,5 |
3,5 |
|
|
3 мес. |
40 |
1100 |
200 |
39,0 |
6,2 |
|
|
6 мес. |
40 |
1500 |
208 |
54,0 |
6,7 |
|
|
1 год |
35 |
2200 |
220 |
70,0 |
7,0 |
|
7,5 |
3 года |
28 |
2900 |
200 |
114,0 |
7,4 |
1100 |
8,5 |
6 лет |
26 |
3200 |
168 |
156,0 |
7,9 |
1200 |
9,2 |
11 лет |
20 |
4200 |
140 |
254,0 |
7,8 |
2200 |
6,3 |
14 лет |
17 |
5000 |
128 |
300,0 |
7,8 |
2700 |
5,2 |
взрослые |
16 |
6150 |
96 |
500,0 |
8,2 |
5000 |
4,5 |
Обратите внимание на состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха в различные возрастные периоды, представленный в таблице 7.
Таблица 7
Состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха и извлечение кислорода кровью в различные возрастные периоды
возраст |
кислород, % |
СО2, % | |||
альвеолярный |
выдыхаемый |
извлечение О2кровью |
Альвеолярный |
выдыхаемый | |
1 мес. |
17,8 |
18,4 |
2,5 |
2,8 |
2,0 |
6 мес. |
17,3 |
18,1 |
2,8 |
3,0 |
2,2 |
1 год |
17,2 |
18,0 |
2,9 |
3,0 |
2,4 |
3 года |
16,8 |
17,9 |
3,0 |
3,6 |
2,8 |
6 лет |
16,5 |
17,6 |
3,3 |
3,9 |
2,0 |
10 лет |
16,1 |
17,4 |
3,5 |
4,2 |
3,1 |
14 лет |
15,5 |
17,1 |
3,8 |
4,9 |
3,5 |
взрослые |
14,0 |
16,0 |
4,9 |
5,5 |
4,5 |
Рассмотрим факторы риска, влияющие на дыхательную систему у подростков.
В детском возрасте при табакокурении доминируют кашлевые рефлекторные реакции как показатель высокой чувствительности к табачному дыму ирритантных ,т.е. быстроадаптирующихся рецепторов слизистой оболочки дыхательных путей. Поэтому у юных курильщиков часто наблюдаются бронхит и пневмония. У молодых курильщиков более выражена плоскоклеточная метаплазия эпителия воздухоносных путей, в слизи их дыхательных путей в 20% случаев обнаруживаются измененные бронхиальные клетки.
Частота дыхания и дыхательный объем у курящих подростков превышают нормальные показатели в такой же возрастной группе некурящих, а величина дыхательного объема в среднем на 100-125 мл больше. Однако жизненная емкость легких примерно на 1000-1250 мл меньше по сравнению со здоровыми сверстниками (в среднем на 30% от должного уровня). Ниже нормы у курящих подростков и показатель функциональной остаточной емкости (отражающей резервы системы внешнего дыхания). В результате снижена эффективность газообмена в легких. Между степенью снижения жизненной емкости легких и стажем курения имеется прямая связь.
Причины негативных воздействий табачного дыма на функцию внешнего дыхания следующие:
• огромное количество (более 4000) соединений в составе табачного дыма;
• раздражение дыхательных путей;
• нарушение транспорта О2 под действием СО и цианидов.
Учащение дыхания при табакокурении (при выкуривании одной
сигареты дыхание учащается примерно на 5-7 минут) является следствием действия поступивших в кровь токсических веществ.
Вдыхание табачного дыма, причем в большей степени пассивное, неизбежно приводит к морфологическим изменениям в органах дыхания и нарушению их функции. Табачный дым может вызывать воспалительные процессы в бронхиальном дереве (хронические бронхиты, бронхиолиты), гиперсекрецию слизи, способствующую закупорке дыхательных путей, что может привести к развитию обструктивных заболеваний легких.
Согласно современной теории развития эмфиземы, полиморфноя-дерные клетки легких, повреждаемые табачным дымом, высвобождают протеолитические ферменты, в том числе эластазу нейтрофилов. Разрушение эластических волокон стенок альвеол, а также угнетение синтеза поверхностно-активных веществ, необходимых для образования сурфактанта, приводит к снижению эластичности легочной ткани.
Табачный дым содержит в себе канцерогены (бензпирен, антрацен, никель, хром и др.), вызывающие метаплазию бронхиального реснитчатого эпителия в плоский. Это повреждает мукоцилиарный очищающий механизм воздухоносных путей легких и одновременно повышает риск возникновения в них рака. Табачный дым может повысить реактивность структур стенки бронхов, что способствует возникновению аллергических состояний (например, бронхиальной астмы).
При длительном табакокурении происходят следующие нарушения функции внешнего дыхания:
• увеличивается остаточный объем легких;
• снижается жизненная емкость легких за счет уменьшения дыхательного объема;
• понижается альвеолярная вентиляция;
• ухудшается снабжение организма кислородом (гипоксия способствует старению организма).
В результате у курильщиков раньше, чем у некурящих людей, происходит возрастная инволюция в системе дыхания.
Табакокурение способствует развитию фиброза легочной ткани под действием микрочастиц асбеста и пыли, содержащей кремний и другие компоненты воздушной среды, характерной для промышленных предприятий. Дело в том, что при воздействии табачного дыма на эпителиальные клетки верхних дыхательных путей (трахея, бронхи) в них увеличивается захват, например, волокон асбеста. Активирующую роль в процессе захвата асбестовых волокон эпителиальными клетками играет железо, входящее в состав этих волокон.
Наркотики наряду с табакокурением - наиболее распространенный фактор риска нарушения внешнего дыхания у детей и подростков. Дыхательная система является одним из путей поступления наркотических веществ в организм человека. Вдыхание дыма, содержащего наркотические вещества, например при курении марихуаны, является распространенным способом употребления наркотиков. При этом образуются изомеры тетрагид-роканнабинол, каннабинол и каннабидиол, оказывающие опьяняющее действие на центральную нервную систему. После курения марихуаны пик содержания наркотических веществ в плазме крови наркомана наступает примерно через 70 минут, а субъективные эффекты исчезают через 6 часов. Тетрагидроканнабинол из крови проникает в клетки организма, циркулирует в крови в связанном с белками состоянии, депонируется в жире, где его можно обнаружить в течение 2-3 недель. Особо высокоактивные участки связывания тетрагидроканнабинола обнаружены в мозге и в печени. Курильщики-наркоманы имеют применительно к органам дыхания те же проблемы, что и курильщики табака. Однако количество
тетрагидроканнабинола в плазме крови у наркоманов в 3-5 раз больше, чем у курильщиков табака. Вдыхание дыма, содержащего наркотические вещества, вызывает сухой кашель, заложенность носа в результате отека слизистой оболочки, а при длительном применении - хроническое воспаление горла, инфекции верхних дыхательных путей, хронический бронхит и даже рак легкого.
Метамфетамин является стимулирующим препаратом для некоторых систем мозга, в том числе для системы дыхания. В структурах лимбической системы под действием метамфетамина освобождается допамин, который стимулирует нервные клетки, повышает настроение и двигательную активность. Кроме того, этот же препарат способен блокировать синтез допамина, вызывая симптомы по типу болезни Паркинсона. Основной причиной смерти при приеме этого препарата являются гипертермия и конвульсии.
К опиатам относятся морфин, меперидин, метадон, фентанил, героин, кодеин, а антагонистами опиатов являются налоксон, налтрексон. Опиатные рецепторы (мю, каппа и дельта) имеются во многих структурах центральной нервной системы. Так, мю-рецепторы, с которыми взаимодействует морфин, находятся в сером веществе вблизи сильвиего водопровода, в ядрах медиального таламуса, задних рогах спинного мозга. Именно эти рецепторы участвуют в угнетении дыхания под действием опиатов. Мю-рецепторы ингибируют аденилатциклазу и активируют калиевые каналы, в результате калий поступает внутрь нервных клеток и вызывает угнетение их функции.
При поступлении в организм опиаты разрушаются в клетках печени, связываются белками плазмы крови, накапливаются в легких, печени, селезенке и почках, вызывая поражения этих органов. При остром действии опиатов на ЦНС угнетается ритмическая активность дыхательного центра за счет, как предполагают, снижения чувствительности центрального хеморецепторного механизма к действию двуокиси углерода. Угнетение дыхания после приема опиатов на любых этапах наркомании является основной непосредственной причиной смерти.