Функциональные особенности системы дыхания у детей

 

Запасы кислорода в организме очень ограничены и их хватает на 5 — 6 минут. Обеспечение организма кислородом осуществляется процессом дыхания. В зависимости от выполняемой функции различают две основные части лег­кого: проводящую часть для подачи воздуха в альвеолы и выведение его на­ружу и дыхательную часть, где происходит газообмен между воздухом и кровью. К проводящей части относятся гортань, трахея, бронхи, т. е. брон­хиальное дерево, а к собственно дыхательной — ацинусы, состоящие из приво­дящей бронхиолы, альвеолярных ходов и альвеол.

Под внешним дыханием подразумевается обмен газов между атмо­сферным воздухом и кровью капилляров легких. Он осуществляется посред­ством простой диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану вследствие разницы давления кислорода во вдыхаемом (атмосферном) возду­хе и венозной крови, притекающей по легочной артерии в легкие из правого желудочка (табл. 5).

 

Таблица 5. Парциальное давление газов во вдыхаемом и альвеолярном воздухе, артериальной и венозной крови

 

	Давление газов, мм рт. ст.
вдыхаемый воздух	альвеоляр­ный воздух	артериальная кровь	венозная кровь
рО2
рСО2
pN2
рН2О
Общее давление

 

Как видно из табл. 5, разница давления кислорода в альвеолярном воз­духе и венозной крови, протекающей по легочным капиллярам, составляет 50 мм рт. ст. Это обеспечивает переход кислорода в кровь через альвеолярно-капиллярную мембрану. Разница давления углекислого газа обусловливает его переход из венозной крови в альвеолярный воздух.

Эффективность функции системы внешнего дыхания определяется 3 про­цессами: вентиляцией альвеолярного пространства; адекватным легочной вен­тиляции капиллярным кровотоком (перфузией); диффузией газов через альвеолярно-капиллярную мембрану.

По сравнению с взрослыми у детей, особенно первого года жизни, имеются выраженные отличия внешнего дыхания. Это объясняется тем, что в постнатальном периоде происходит дальнейшее развитие респираторных от­делов легких (ацинусов), где осуществляется газообмен. Кроме того, у детей имеются многочисленные анастомозы между бронхиальными и пульмональными артериями и капиллярами, что является одной из причин шунтиро­вания крови, минуя альвеолярные пространства.

В настоящее время оценка функции внешнего дыхания проводится по сле­дующим группам показателей:

1. Легочная вентиляция [частота (f), глубина (V_t), минутный объем дыха­ния (V), ритм, объем альвеолярной вентиляции, распределение вдыхаемого воздуха].

2. Легочные объемы [жизненная емкость легких (ЖЕЛ, V_c), общая ем­кость легких, резервный объем вдоха (РО_ВД, IRV), резервный объем выдоха (РО_выд, ERV), функциональная остаточная емкость (ФОЕ), остаточный объем (ОО)].

3. Механика дыхания [максимальная вентиляция легких (МВЛ, V_max), или предел дыхания, резерв дыхания, форсированная жизненная емкость легких (FEV) и ее отношение к ЖЕЛ (индекс Тиффно), бронхиальное сопротивление, объемная скорость вдоха и выдоха при спокойном и форсированном дыха­нии].

4. Легочный газообмен [величина потребления кислорода и выделения углекислого газа в 1 мин, состав альвеолярного воздуха, коэффициент исполь­зования кислорода (КИО₂)].

5. Газовый состав артериальной крови [давление кислорода (рО₂) и угле­кислоты (рСО₂), содержание оксигемоглобина в крови и артериовенозной раз­ницы по Нb и окси-Нb].

Глубина дыхания, или дыхательный объем (ДО, или V_t, в мл), у детей как в абсолютных, так и относительных цифрах значительно меньше, чем у взрослого человека (табл. 6).

Это объясняется двумя причинами. Одной из них, естественно, является небольшая масса легких у детей, которая увеличивается с возрастом, причем в течение

 

Таблица 6. Дыхательный объем у детей в зависимости от возраста

 

Возраст	Дыхательный объем у детей, мл
по Брока	по Н. А. Шалкову
абс.	на 1 кг массы тела	абс.	на 1 кг массы тела
Новорожденные 1 мес 4» 6» 1 год 3 года 6 лет 11» 14» Взрослые	11,5	3,5   4,8 5,0 6,0 6,5 6,2 5,8 5,8 6,4	__	--- 6,2 6,2 6,7 7,0 7,4 7,9 7,8 7,8 __

 

первых 5 лет в основном за счет новообразования альвеол. Другой, не менее важной, причиной, объясняющей поверхностное дыхание детей ранне­го возраста, являются особенности строения, грудной клетки (переднезадний размер приблизительно равен боковому, ребра от позвоночника отходят по­чти под прямым углом), что ограничивает экскурсию грудной клетки и изме­нение объема легких. Последний преимущественно изменяется благодаря дви­жению диафрагмы. Увеличение дыхательного объема в покое может свиде­тельствовать о дыхательной недостаточности, а его снижение — о рестриктивной форме дыхательной недостаточности или ригидности грудной клетки.

В то же время потребность в кислороде у детей значительно выше, чем у взрослых, что зависит от более интенсивного обмена веществ. Так, у детей одного года жизни потребность в кислороде на 1 кг массы тела составляет приблизительно около 7,5-8 мл/мин, к 2 годам она несколько возрастает (8,5 мл/мин), к 6 годам достигает максимальной величины (9,2 мл/мин), а затем постепенно снижается (в 7 лет — 7,9 мл/мин, 9 лет — 6,8 мл/мин, 10 лет — 6,3 мл/мин, 14 лет — 5,2 мл/мин). У взрослого она составляет всего 4,5 мл/мин на 1 кг массы тела.

Поверхностный характер дыхания, его неритмичность компенсируются большей частотой дыхания (f). Так, у новорожденного — 40-60 дыханий в 1 мин, у годовалого — 30-35, у 5-летнего — 25, 10-летнего — 20, у взросло­го — 16-18 дыханий в 1 мин. Частота дыхания отражает компенсаторные возможности организма, но в сочетании с малым дыхательным объемом тахипноэ свидетельствует о дыхательной недостаточности.

Благодаря большей частоте дыхания минутный объем дыхания на 1 кг массы тела значительно выше у детей, особенно раннего возраста, чем у взрослых (табл. 7),

 

Таблица 7. Минутный объем дыхания у детей

Показатели	Возраст
новорож­денные	3 мес	6 мес	1 год	3 года	6 лет	11 лет	14 лет	взрослые
МОД, смЗ МОД, на 1 кг мас­сы тела			1500 208	2200 220	2900 200	3200 168	4200 140	5000 128

 

Как видно из табл. 7, у детей до 3 лет минутный объем дыхания почти в 1,5 раза больше, чем у 11-летнего ребенка, и в 2 с лишним раза, чем у взрослого.

Наблюдения за здоровыми и детьми, больными пневмонией, показали, что при низких температурах (0-5°С) отмечается урежение дыхания при со­хранении его глубины, что является, по-видимому, наиболее экономным и эф­фективным дыханием в смысле обеспечения организма кислородом. Интерес­но отметить, что теплая гигиеническая ванна вызывает повышение легочной вентиляции в 2 раза, причем это повышение происходит преимущественно за счет нарастания глубины дыхания. Отсюда становится вполне понятным предложение А. А. Киселя (выдающегося советского педиатра) широко ис­пользовать лечение пневмоний холодным свежим воздухом, которое им бы­ло сделано еще в 20-х годах и которое получило широкое распространение в педиатрии.

Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, V_c), т. е. количество воздуха (в миллилитрах), максимально выдыхаемого после максимального вдоха (определяется спирометром), у детей значительно ниже, чем у взрослых (табл. 8).

 

Таблица 8. Жизненная емкость легких

 

Возраст	ЖЕЛ, мл	Объемы, мл
дыхательный	резервный выдох	резервный вдох
4 года
6 лет
8»
10»
12»
14»
16»
Взрослый

Если сравнить величины жизненной емкости легких с объемом дыхания в спокойном положении, то оказывается, что дети в спокойном положении ис­пользуют лишь около 12,5% ЖЕЛ.

Резервный объем вдоха (РО_ВД, IRV) — максимальный объем воз­духа (в миллилитрах), который можно дополнительно вдохнуть после спокой­ного вдоха.

Для его оценки имеет большее значение отношение РО_ВД к ЖЕЛ (V_c). У детей в возрасте от 6 до 15 лет РО_ВД/ЖЕЛ колеблется от 55 до 59%. Сниже­ние этого показателя наблюдается при рестриктивных (ограничительных) поражениях, особенно при снижении эластичности легочной ткани.

Резервный объем выдоха (РО_ВЫД, ERV) — максимальный объем воздуха (в миллилитрах), который можно выдохнуть после спокойного вдоха. Так же как и резервный объем вдоха, для оценки РО_ВЫД (ERV) имеет значение его отношение к ЖЕЛ (V_c). У детей в возрасте от 6 до 15 лет РО_ВЫД/ЖЕЛ со­ставляет 24—29% (увеличивается с возрастом).

Жизненная емкость легких уменьшается при диффузных поражениях лег­ких, сопровождающихся снижением эластической растяжимости легочной тка­ни, при увеличении бронхиального сопротивления или уменьшении дыхатель­ной поверхности.

Форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ, FEV), или объем форсированного выдоха (ОФВ, л/с) — количество воздуха, которое может быть выдохнуто при форсированном выдохе после максимального вдо­ха. Индекс Тиффно (FEV в %) — отношение ОФВ к ЖЕЛ (FEV%) и в норме за 1 с ОФВ составляет не менее 70% фактической ЖЕЛ.

Максимальная вентиляция легких (МВЛ, V_max), или предел дыхания, — максимальное количество воздуха (в мл), которое может быть провентилировано за 1 мин. Обычно этот показатель исследуется в тече­ние 10 с, так как могут возникнуть признаки гипервентиляции (головокруже­ние, рвота, обморочное состояние).

Максимальная вентиляция легких, или предел дыхания, у детей значи­тельно меньше, чем у взрослых.

 

 

Как видно из приведенных данных, у ребенка 6 лет предел дыхания почти в 2 раза меньше, чем у взрослого. Если известен предел дыхания, не предста­вляет затруднений вычислить величину резерва дыхания (из предела вычис­ляется величина минутного объема дыхания). Меньшая величина жизненной емкости и учащенное дыхание значительно снижают резерв дыхания. Об эффективности внешнего дыхания судят по разнице содержания кисло­рода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе. Так, эта раз­ница у детей первого года жизни составляет всего 2-2,5%, в то время как у взрослых она достигает 4-4,5%. Меньше содержится в выдыхаемом возду­хе у детей раннего возраста и углекислого газа (2,5%) (у взрослых 4%). Таким образом, дети раннего возраста за каждое дыхание меньше поглощают кисло­рода и меньше выделяют углекислого газа, хотя газообмен у детей более зна­чителен, чем у взрослых (в пересчете на 1 кг массы тела). Большое значение в суждении о компенсаторных возможностях системы внешнего дыхания имеет коэффициент использования кислорода. Коэффи­циент использования кислорода (КИО2) — количество поглощен­ного кислорода (ПО2) из 1 л вентилируемого воздуха: ПО2 (мл/мин) MOD (л/мин)   У детей до 5 лет КИО2 равен 31-33 мл/л, а в возрасте 6-15 лет – 40 мл/л, у взрослых — 40 мл/л. КИО2 зависит от условий диффузии кисло­рода, объема альвеолярной вентиляции, от координации легочной вентиляции и кровообращения в малом круге

Таблица 9.

Величины предела дыхания

И резерва дыхания

У здо­ровых детей

Возраст, годы	Средние данные, л/мин

Возраст, годы	Резерв дыхания, л/мин
	38,5
	36,4
	38,2
	41,9
	43,7
	50,4
	56,3
	46,2
	63,1
	69,6

Транспорт кислорода от легких к тканям осуществляется кровью в основ­ном в виде химического соединения с гемоглобином – оксигемоглобина и в меньшей мере в растворенном состоянии. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Следовательно, от количества гемоглобина зависит объем связанного кислорода. Поскольку у новорожденных в течение первых дней жизни содержание гемоглобина (НЬ) выше, чем у взрослых, то кислородо-связывающая способность крови у них выше. Это позволяет новорожденному пережить критический период — период становления легочного дыхания. Это­му также способствует более высокий уровень фетального гемоглобина (HbF), который обладает большим сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого (НbА). После установления легочного дыхания содержание HbF в крови ребенка быстро уменьшается. Однако при гипоксии и анемиях количе­ство HbF вновь может увеличиваться. Это как бы компенсаторное приспосо­бление, оберегающее организм (особенно жизненно важные органы) от гипоксии.

Способность к связыванию кислорода гемоглобином также определяется температурой, рН крови и содержанием углекислого газа. При повышении температуры, снижении рН и нарастании рСО₂ кривая связывания смещается вправо.

Растворимость кислорода в 100 мл крови при рО₂, равном 100 мм рт. ст., составляет всего 0,3 мл. Растворимость кислорода в крови значительно возра­стает при повышении давления. Повышение давления кислорода до 3 атм обеспечивает растворение 6% кислорода, что достаточно для поддержания тканевого дыхания в состоянии покоя без участия получения кислорода из оксигемоглобина. Этим приемом (оксибаротерапией) в настоя­щее время пользуются в клинике.

Кислород капиллярной крови диффундирует в ткани также благодаря градиенту давления кислорода в крови и клетках (в артериальной крови да­вление кислорода составляет 90 мм рт. ст., в митохондриях клеток оно соста­вляет всего 1 мм рт. ст.).

Особенности тканевого дыхания изучены значительно хуже, чем остальные этапы дыхания. Однако можно предполагать, что интенсивность тканевого дыхания у детей выше, чем у взрослых. Это косвенно подтвер­ждается более высокой активностью ферментов крови у новорожденных по сравнению с взрослыми. Одной из существенных особенностей об­мена веществ у детей раннего возраста является увеличение доли анаэробной фазы обмена веществ по сравнению с таковой у взрослых.

Парциальное давление углекислого газа в тканях выше, чем в плазме, вследствие непрерывности процессов окисления и освобождения углекислого газа, поэтому Н₂СО₃ легко поступает из тканей в кровь. В крови Н₂СО₃ нахо­дится в виде свободной углекислоты, связанной с белками эритроцитов, бикар­бонатов. При рН крови 7,4 отношение свободной углекислоты (Н₂СО₃) к свя­занной в виде бикарбоната (NaHCO₃) всегда составляет 1:20. Реакция связы­вания углекислого газа в крови с образованием Н₂СО₃, бикарбоната и, наоборот, выделение углекислоты из соединений в легочных капиллярах ката­лизируется ферментом карбоангидразой, действие которой определяет рН среды. В кислой среде (т. е. в клетках, венозной крови) карбоангидраза спо­собствует связыванию углекислого газа, а в щелочной (в легких), наоборот, разложению и выделению его из соединений.

Активность карбоангидразы у недоношенных новорожденных составляет 10%, а у доношенных — 30% активности взрослых. Ее активность медленно повышается и лишь к концу первого года жизни достигает норм взрослого че­ловека. Это объясняет тот факт, что при различных заболеваниях (особенно легочных) у детей чаще наблюдается гиперкапния (накопление угле­кислого газа в крови).

Таким образом, процесс дыхания у детей имеет ряд особенностей. Они в значительной мере определяются анатомическим строением органов дыха­ния. Кроме того, у детей раннего возраста более низкая эффективность дыхания.

Все изложенные анатомические и функциональные особенности системы органов дыхания создают предпосылки к более легкому нарушению дыхания, что ведет к дыхательной недостаточности у детей.