Дыхание человека в возрастной динамике.

Развитие легких у человеческого зародыша начинается на 3 неделе эмбрионального существования. Между 5-й неделей и 4-м месяцем жизни зародыша формируются бронхи и бронхиолы, к моменту рождения количество легочных сегментов уже такое же, как и у взрослого.

Ребенок готовится к самостоятельному дыханию заранее - как только начинается родовая деятельность. Первый вдох возникает под влиянием совокупности многих факторов: раздражения кожных покровов во время прохождения ребенка по родовым путям и сразу после рождения, изменения положения его тела, перевязки пуповины. Мощным стимулятором дыхательного центра является холодовое раздражение - перепад температур во время рождения в 12 - 16 град.

Легкие плода заполнены жидкостью, которую вырабатывают клетки дыхательного эпителия. Когда ребенок продвигается по родовому каналу, его грудная клетка сдавливается, и жидкость вытесняется из дыхательных путей. В грудной клетке создается отрицательное давление, и атмосферный воздух засасывается в нее. Первые порции воздуха заполняют только те дыхательные пути, которые в процессе родов освободились от жидкости.

Во время родов при схватках плацентарная циркуляция нарушается, снижается поступление кислорода в организм ребенка, вследствие чего у него в крови и тканях накапливается углекислота.

Гиперкапния, гипоксия, возникающие в процессе родов и в первые секунды и минуты жизни новорожденного, приводят к резкому возбуждению дыхательного центра в продолговатом мозге. Наступает судорожное сокращение диафрагмы и скелетных мышц, участвующих в дыхании, расправляются легкие. В этот момент происходит первый вдох, сопровождающийся криком появившегося на свет младенца.

Частота дыхания доношенных новорожденных в 1-ю неделю жизни колеблется от 30 до 50 в минуту.

Основной структурной единицей легкого у ребенка (также, как и у взрослого) является ацинус. У новорожденных ацинус недостаточно дифференцирован. Дифференцировка происходит еще долгое время после рождения. Так, например, у новорожденного число альвеол 24 млн, а их диаметр - 0,05 мм, что в 12 раз и соответственно в 4 раза меньше, чем у взрослых. Если вес легких новорожденного - 50 г, то к 1 году возрастает в 3 раза, к 12 - в 10 раз и у взрослого - в 20 раз.

Легкие ребенка бедны эластическими волокнами, особенно в окружности альвеол и в стенках легочных капилляров, между дольками легких и альвеолами обильно развита рыхлая соединительная ткань, богатая кровеносными сосудами. До 3 лет происходит усиленная дифференцировка отдельных элементов легких, от 3 до 7 лет ее темп замедляется. К 7-8 годам заканчиваются процессы дифференцировки бронхов. Особенно усиленный рост и совершенствование органов дыхания наблюдается в пубертатном периоде (12-16 лет). В течение этого периода носовые ходы, гортань, трахея и общая поверхность легких достигает максимального развития. Увеличивается просвет трахеи и бронхов, развиваются их мышечные и эластические волокна.

В пубертатном периоде увеличивается объем легких за счет увеличения объема альвеол (их количество достигает уровня взрослого к 8 годам (рис.16)). В то же время объем легких и поверхность альвеол еще значительно меньше, чем у взрослых.

В связи с трудностью определения ЖЕЛ (жизненной емкости легких) у новорожденных, у них обычно определяют жизненную емкость крика, считая, что при очень сильном крике объем выдыхаемого воздуха почти равен ЖЕЛ. Таким образом смогли определить ЖЕЛ в первые минуты после рождения: она составила 56-110 мл.

У детей обычно ЖЕЛ измеряют с 4-6 лет. В значительной степени она зависит от физического развития, возраста, пола и др. На рис.17 показаны средние величины ЖЕЛ в зависимости от возраста и пола. Как видно, с возрастом ЖЕЛ увеличивается, причем наибольший прирост отмечается в 12-17 лет (период полового созревания), к 17 годам достигая величины для взрослого человека.

Частота дыхания в мин у детей первого года жизни составляет 29-60. У детей 1-2 лет эта величина составляет 35-40, у 2-4-летних 25-35, у 4-6-летних - 23-26 циклов в минуту. У детей школьного возраста происходит дальнейшее урежение дыхания (до 18-20 раз). Большая частота дыхания у ребенка обеспечивает высокую легочную вентиляцию.

Объем дыхательного воздуха (ДО) у ребенка в 1 месяц составляет 30 мл, в 1 год - 70 мл, в 6 лет - 156 мл, в 10 - 230 мл, в 14 лет - 300 мл, и лишь к 16-17 годам достигает величины взрослого человека.

Минутный объем дыхания - это количество воздуха, которое вдыхает человек в 1 минуту. У новорожденного МОД - 650 - 700 мл, к концу первого жизни - 2700 мл, к 6 годам - 3500 мл, у взрослого человека - 5000-6000 мл.

В процессе роста и развития организма с увеличением резерва вдоха увеличивается и максимальная вентиляция легких или максимальная произвольная вентиляция (МПВ). Напомним, что под этим понимается максимальная возможность дыхательного аппарата. Для его определения человека просят дышать как можно чаще и глубже в течение 15 сек.

Значение МПВ во временном периоде увеличивается, достигая к 16-17 лет уровня взрослого человека.

Примерно с 11 лет прирост МПВ у девочек начинает отставать от такового у мальчиков.

МПВ у дошкольников в 10 раз больше чем МОД; в пубертатном периоде в 13 раз; в среднем у взрослого - в 20-25 раз. Это показывает, что в процессе роста и развития организма резервы внешнего дыхания увеличиваются.

У плода органом газообмена является плацента, и снабжение кислородом зависит от напряжения кислорода в крови матери, кислородной емкости крови плода, особенностей его гемоглобина и т.д. На этом периоде развития организм обладает специальным приспособительными механизмами, обеспечивающими доставку кислорода тканям. Кислородная емкость крови плода к концу внутриутробной жизни увеличена. Фетальный гемоглобин обладает повышенным сродством к кислороду, кривая диссоциации оксиформы гемоглобина сдвинута влево, что облегчает поступление кислорода из организма матери в кровь плода. Увеличение кислородной емкости крови плода является важным механизмом биологической адаптации к условиям внутриутробной жизни. К 35-40-му дню постнатальной жизни кривая диссоциации оксигемоглобина приближается к форме таковой у взрослого.

Высокая интенсивность окислительного метаболизма, показанная выше, особенности функции внешнего дыхания, кровообращение, дыхательной функции крови обусловливают своеобразие кислородных режимов организма на ранних этапах его развития. В связи с меньшей мощностью дыхательного аппарата скорость поступления кислорода в легкие ребенка невелика. По мере того, как с возрастом увеличивается кислородный запрос организма, общий объем и мощность органов дыхания, легочная вентиляция, а вместе с ней и скорость поступления кислорода в легкие увеличивается.

Изменяющиеся соотношения между скоростью доставки кислорода и его потреблением приводит к тому, что кислородные режимы организма с возрастом становятся все более эффективными. Повышение эффективности кислородных режимов проявляется в том, что снижается "холостой", в отношении обеспечения тканей кислородом, ток венозной крови; скорость транспорта кислорода венозной кровью превышает скорость потребления его тканями в 2,2-2,4 раза в первом (4-7 лет) и втором детстве (8-12 лет), в 2,7-2,8 раза - в подростковом возрасте (13-16 лет) и только в 1,7 раза у взрослых.

Общая тенденция повышения эффективности кислородных режимов организма в процессе роста и развития ребенка и подростка обусловлена тем, что регуляция дыхания и кровообращения становится с возрастом все более совершенной, а функции этих систем более экономными. Например, у ребенка на каждый литр потребляемого кислорода приходится 29-30, а у подростков 32-34 литра воздуха, проходящего через легкие, тогда как у взрослого - всего 24-25 л. Для доставки тканям 1 л кислорода у ребенка и подростка необходимо 22-21 л крови, у взрослого надо только 15-16 л.

Одной из лучших моделей для выявления функциональных возможностей внешнего дыхания и всей системы газообмена и газотранспорта является физическая нагрузка.

У детей и подростков при мышечной работе потребление кислорода не может возрастать до таких значений, как у взрослых. У детей ниже максимальные величины легочной вентиляции и кровотока. Например, во время физической нагрузки (тест на МПК) легочная вентиляция у детей и подростков возрастает всего в 10-12 раз (8-9 лет - до 50-60 л/мин; 14-15 лет - до 60-70 л/мин), тогда как даже у нетренированных взрослых - достигает 100 л/мин.

В связи с небольшим размером сердца, меньшей мощностью сердечной мышцы, систолический объем крови у детей и подростков при напряженной мышечной деятельности не может увеличиваться так, как у взрослых.

Увеличение легочной вентиляции у детей при нагрузке осуществляется в основном за счет учащения дыхания, а не за счет увеличения дыхательного объема вдоха и выдоха. Малое увеличение диффузионной поверхности легких при нагрузке является причиной меньшей утилизации кислорода из альвеолярного воздуха. Например, 1 л кислорода у детей в покое извлекается из 5 л, а у взрослых из 3,5 л поступившего в альвеолы воздуха. При физической нагрузке коэффициент утилизации кислорода увеличивается примерно в 2 раза, а у взрослых в 3 раза.

Использование кислорода из артериальной крови у детей составляет примерно 50%, тогда как у взрослых - 70% (у спортсменов высокого класса достигает 85-90%). Относительно небольшая кислородная емкость крови, меньшая утилизация из нее кислорода приводит к тому, что у детей и подростков при физической нагрузке эффективность кровообращения не столь высока как у взрослых. Меньшая работоспособность, более низкие эффективность и экономичность кислородных режимов свидетельствует о худшем регулировании кислородных режимов в организме ребенка во время мышечной работы.