Регуляция дыхания и ее возрастные особенности

Дыхательный центр. Регуляция дыхания осуществляется цент­ральной нервной системой, специальные области которой обуслов­ливают автоматическое дыхание — чередование вдоха и выдоха и произвольное дыхание, обеспечивающее приспособительные изме­нения в системе органов дыхания, соответствующие конкретной внешней ситуации и осуществляемой деятельности. Группа нерв­ных клеток, ответственная за осуществление дыхательного цикла, называется дыхательным центром. Дыхательный центр располо­жен в продолговатом мозге, его разрушение приводит к останов­ке дыхания.
Дыхательный центр находится в состоянии постоянной актив­ности: в нем ритмически возникают импульсы возбуждения. Эти импульсы возникают автоматически. Даже после полного выклю­чения центростремительных путей, идущих к дыхательному цент­ру, в нем можно зарегистрировать ритмическую активность. Авто­матизм дыхательного центра связывают с процессом обмена ве­ществ в нем. Ритмические импульсы передаются из дыхательного центра по центробежным нейронам к межреберным мышцам и диафрагме, обеспечивая последовательное чередование вдоха и выдоха.
Деятельность дыхательного центра регулируется рефлекторно, импульсацией, поступающей из различных рецепторов, и гуморально, изменяясь в зависимости от химического состава крови.
Рефлекторная регуляция. К рецепторам, возбуждение которых по центростремительным путям поступает в дыхательный центр, относятся хеморецепторы, расположенные в крупных сосудах (ар­териях) и реагирующие на снижение напряжения в крови кисло­рода и увеличение концентрации двуокиси углерода, и механорецепторы легких и дыхательных мышц. На регуляцию дыхания оказывают влияние также рецепторы воздухоносных путей. Ре­цепторы легких и дыхательных мышц имеют особое значение в чередовании вдоха и выдоха, от них в большей степени зави­сит соотношение этих фаз дыхательного цикла, их глубина и частота.
При вдохе, когда легкие растягиваются, раздражаются рецеп­торы в их стенках. Импульсы от рецепторов легких по центро­стремительным волокнам блуждающего нерва достигают дыха­тельного центра, тормозят центр вдоха и возбуждают центр вы­доха. В результате дыхательные мышцы расслабляются, грудная клетка опускается, диафрагма принимает вид купола, объем груд­ной клетки уменьшается и происходит выдох. Выдох, в свою оче­редь, рефлекторно стимулирует вдох.
В регуляции дыхания принимает участие кора головного моз­га, обеспечивающая тончайшее приспособление дыхания к потреб­ностям организма в связи с изменениями условий внешней среды и жизнедеятельности организма. Человек может произвольно, по своему желанию на время задержать дыхание, изменить ритм и глубину дыхательных движений. Влияниями коры головного мозга объясняются предстартовые изменения дыхания у спортсменов — значительное углубление и учащение дыхания перед началом соревнования. Возможна выработка условных дыхательных рефлек­сов. Если к вдыхаемому воздуху добавить 5—7% углекислого газа, который в такой концентрации учащает дыхание, и сопро­вождать вдох стуком метронома или звонком, то через несколько сочетаний один только звонок или стук метронома вызовет уча­щение дыхания.
Гуморальные влияния на дыхательный центр. Большое влия­ние на состояние дыхательного центра оказывает химический со­став крови, в частности ее газовый состав. Накопление углекислого газа в крови вызывает раздражение рецепторов в кровеносных сосудах, несущих кровь к голове, и рефлекторно возбуждает ды­хательный центр. Подобным образом действуют и другие кислые продукты, поступающие в кровь, например молочная кислота, со­держание которой в крови увеличивается во время мышечной работы.
Особенности регуляции дыхания в детском возрасте. К момен­ту рождения ребенка его дыхательный центр способен обеспе­чивать ритмичную смену фаз дыхательного цикла (вдох и выдох), но не так совершенно, как у детей старшего возраста. Это свя­зано с тем, что к моменту рождения функциональное формирова­ние дыхательного центра еще не закончилось. Об этом свидетель­ствует большая изменчивость частоты, глубины, ритма дыхания у детей раннего возраста. Возбудимость дыхательного центра у новорожденных и грудных детей низкая. Дети первых лет жизни отличаются более высокой устойчивостью к недостатку кислорода (гипоксии), чем дети более старшего возраста.
Формирование функциональной деятельности дыхательного центра происходит с возрастом. К 11 годам уже хорошо выра­жена возможность приспособления дыхания к различным усло­виям жизнедеятельности.
Чувствительность дыхательного центра к содержанию угле­кислого газа повышается с возрастом и в школьном возрасте достигает примерно уровня взрослых. Следует отметить, что в период полового созревания происходят временные нарушения регуляции дыхания и организм подростков отличается меньшей устойчивостью к недостатку кислорода, чем организм взрослого человека. Увеличивающаяся по мере роста и развития организма потребность в кислороде обеспечивается совершенствованием ре­гуляции дыхательного аппарата, приводящей к возрастающей экономизации его деятельности. По мере созревания коры больших полушарий совершенствуется возможность произвольно изменять дыхание — подавлять дыхательные движения или производить максимальную вентиляцию легких.
У взрослого человека во время мышечной работы увеличивает­ся легочная вентиляция в связи с учащением и углублением дыха­ния. Такие виды деятельности, как бег, плавание, бег на коньках и лыжах, езда на велосипеде, резко повышают объем легочной вентиляции. У тренированных людей усиление легочного газооб­мена идет главным образом за счет увеличения глубины дыхания. Дети же в силу особенностей их аппарата дыхания не могут при физических нагрузках значительно изменить глубину дыхания, а учащают дыхание. И без того частое и поверхностное дыхание у детей при физических нагрузках становится еще более частым и поверхностным. Это приводит к более низкой эффективности вентиляции легких, особенно у маленьких детей.
Организм подростка, в отличие от взрослого, быстрее достига­ет максимального уровня потребления кислорода, но и быстрее прекращает работу из-за неспособности долго поддерживать по­требление кислорода на высоком уровне.
Произвольные изменения дыхания играют важную роль при выполнении ряда дыхательных упражнений и помогают правильно сочетать определенные движения с фазой дыхания (вдохом и вы­дохом).
Одним из важных факторов в обеспечении оптимального функ­ционирования дыхательной системы при различного вида нагруз­ках является регуляция соотношения вдоха и выдоха. Наиболее эффективным и облегчающим физическую и умственную деятель­ность является дыхательный цикл, в котором выдох длиннее вдоха.
Научить детей правильно дышать при ходьбе, беге и других видах деятельности — одна из задач учителя. Одно из условий правильного дыхания — это забота о развитии грудной клетки. Для этого важно правильное положение тела, особенно во время сидения за партой, дыхательная гимнастика и другие физические упражнения, развивающие мускулатуру, приводящую в движение грудную клетку. Особенно полезны в этом отношении такие виды спорта, как плавание, гребля, катание на коньках, ходьба на лыжах.
Обычно человек с хорошо развитой грудной клеткой дышит равномерно и правильно. Надо приучать детей ходить и стоять, соблюдая прямую осанку, так как это содействует расширению грудной клетки, облегчает деятельность легких и обеспечивает более глубокое дыхание. При согнутом положении туловища в организм поступает меньшее количество воздуха.
Правильное положение тела детей в процессе различных видов деятельности содействует расширению грудной клетки, облегчает глубокое дыхание. Наоборот, при согнутом положении туловища создаются обратные условия, нарушается нормальная деятельность легких, ими поглощается меньшее количество воздуха, а вместе с этим и кислорода.
Воспитанию у детей и подростков правильного дыхания через нос в состоянии относительного покоя, во время трудовой дея­тельности и выполнения физических упражнений уделяется боль­шое внимание в процессе физического воспитания. Дыхательная гимнастика, плавание, гребля, катание на коньках, ходьба на лы­жах особенно содействуют совершенствованию дыхания.
Дыхательная гимнастика имеет и большое оздоровительное значение. При спокойном и глубоком вдохе понижается внутри-грудное давление, так как опускается вниз диафрагма. Возраста­ет приток венозной крови к правому предсердию, что облегчает работу сердца. Опускающаяся при вдохе диафрагма массирует печень и верхние органы брюшной полости, помогает удалению из них продуктов обмена веществ, а из печени — венозной застой­ной крови и желчи.
Во время глубокого выдоха диафрагма поднимается, что уве­личивает отток венозной крови из нижних конечностей, области таза и живота. В результате облегчается кровообращение. Одно­временно при глубоком выдохе происходит легкий массаж сердца и улучшение его кровоснабжения.
В дыхательной гимнастике три основные разновидности дыха­ния, называемые в соответствии с формой выполнения — грудным, брюшным и полным дыханием. Наиболее полноценным для здо­ровья считается полное дыхание. Существуют разнообразные комплексы дыхательной гимнастики. Эти комплексы рекоменду­ется выполнять до 3 раз в день, спустя не менее часа после еды.
Гигиеническое значение воздушной среды в помещении. Чис­тота воздуха и его физико-химические свойства имеют огромное значение для здоровья и работоспособности детей и подростков. Пребывание детей и подростков в запыленном, плохо проветри­ваемом помещении является причиной не только ухудшения функ­ционального состояния организма, но и многих заболеваний.
Известно, что в закрытых, плохо проветриваемых и аэрируе­мых помещениях одновременно с повышением температуры воз­духа резко ухудшаются его физико-химические свойства. Для организма человека небезразлично содержание в воздухе поло­жительных и отрицательных ионов. В атмосферном воздухе коли­чество положительных и отрицательных ионов почти одинаково, легкие ионы значительно преобладают над тяжелыми.
Исследования показали, что на человека благоприятно влияют легкие и отрицательные ионы, а число их в рабочих помещениях постепенно уменьшается. Начинают преобладать положительные и тяжелые ионы, которые угнетают жизнедеятельность человека. В школах перед уроками в 1 см³ воздуха содержится около 467 легких и 10 тыс. тяжелых ионов, а в конце учебного дня количество первых снижается до 220, а вторых увеличивается до 24 тыс.
Благотворное физиологическое действие отрицательных аэроионов явилось основанием к применению искусственной ионизации воздуха закрытых помещений детских учреждений, спортивных за­лов. Сеансы непродолжительного (10 мин) пребывания в поме­щении, где в 1 см³ воздуха содержится 450—500 тыс. легких ионов, продуцируемых специальным аэроионизатором, не только положительно сказываются на работоспособности, но и оказыва­ют закаливающее влияние.
Параллельно с ухудшением ионного состава, повышением тем­пературы и влажности воздуха в классных помещениях увели­чивается концентрация углекислоты, скапливаются аммиак и раз­личные органические вещества. Ухудшение физико-химических свойств воздуха, особенно в помещениях со сниженной высотой, влечет за собой существенное ухудшение работоспособности кле­ток коры головного мозга человека.
От начала к концу занятий возрастает запыленность воздуха и его бактериальная загрязненность, особенно если к началу занятий были плохо проведены уборка помещений влажным спо­собом и проветривание. Количество колоний микроорганизмов в 1 м³ воздуха в таких условиях к концу занятий во вторую смену возрастает в 6—7 раз, вместе с безвредной микрофлорой в нем содержится и патогенная.
При высоте помещений в 3,5 м требуется не менее 1,43 м² на одного учащегося. Снижение высоты учебных и жилых (школы-ин­терната) помещений требует увеличения площади на одного уча­щегося. При высоте помещения 3 м на одного учащегося не­обходимо минимум 1,7 м², а при высоте 2,5 м — 2,2 м².
Поскольку при физической работе (уроки физического воспи­тания, труда в мастерских) количество выделяемой учащимися углекислоты возрастает в 2—3 раза, необходимый объем воздуха, который нужно обеспечить в физкультурном зале, в мастерских, соответственно возрастает до 10—15 м³. Соответственно увеличи­вается и площадь на одного учащегося.
Физиологическая потребность детей в чистом воздухе обеспе­чивается устройством системы центральной вытяжной вентиля­ции и форточек или фрамуг.
Поступление воздуха в помещение и его смена происходят и естественным путем. Обмен воздуха происходит через поры строи­тельного материала, щели в рамах окон, в дверях благодаря раз­ности температур и давления внутри помещения и снаружи. Одна­ко обмен этот ограничен и недостаточен.
Устройство приточно-вытяжной искусственной вентиляции в детских учреждениях не оправдало себя. Поэтому получило рас­пространение устройство центральной вытяжной вентиляции с ши­рокой аэрацией — притоком атмосферного воздуха.
Открывающаяся часть окон (фрамуги, форточки) в каждом помещении по своей общей площади должна составлять не менее 1:50 (лучше 1:30) площади пола. Более целесообразны для про­ветривания фрамуги, так как площадь их больше и наружный воздух поступает через них вверх, что обеспечивает эффективный воздухообмен в помещении. Сквозное проветривание эффективнее обычного в 5—10 раз. При сквозном проветривании резко умень­шается и содержание микроорганизмов в воздухе помещений.
Действующими нормами и правилами предусматривается есте­ственная вытяжная вентиляция в размере однократного обмена в 1 ч. Предполагается, что остальной объем воздуха удаляется через рекреационные помещения с последующей вытяжкой из санитарных узлов и через вытяжные шкафы лабораторий химии. В мастерские приток воздуха должен обеспечивать 20 м³/ч, в спортивных залах — 80 м³/ч на одного учащегося. В химической и физической лабораториях и в столярной мастерской устраивают дополнительные вытяжные шкафы. В целях борьбы с пылью не реже одного раза в месяц следует производить генеральную уборку с мытьем панелей, радиаторов, подоконников, дверей, тща­тельной протиркой мебели.
Микроклимат. Температура, влажность и скорость движения воздуха (охлаждающая сила) в учебном помещении характери­зуют его микроклимат. Значение оптимального микроклимата для здоровья и работоспособности учащихся и учителей не меньшее, чем других параметров санитарного состояния и содержания учеб­ных помещений школы и профессионально-технических училищ. В связи с повышением температуры наружного воздуха и воз­духа в помещении у школьников замечено снижение работоспо­собности. В разные сезоны года у детей и подростков отмечены своеобразные изменения внимания, памяти. Зависимость между колебаниями температуры наружного воздуха и работоспособ­ностью детей отчасти послужила основанием к установлению сроков начала и окончания учебного года. Наилучшим временем для учебных занятий считается осень и зима.
За время учебных занятий, даже при отрицательной темпера­туре наружного воздуха, температура в классах уже к большой перемене повышается на 4°, а к концу занятий — на 5,5°. Колеба­ния температуры, естественно, сказываются на тепловом состоя­нии учащихся, отражением которого являются изменения темпе­ратуры кожи конечностей (стоп и рук). Температура этих участ­ков тела повышается с увеличением температуры воздуха.
Высокая температура в классах (до 26°) влечет напряжение терморегуляторных процессов и снижение работоспособности. В таких условиях умственная работоспособность учащихся к кон­цу уроков резко снижается. Еще отчетливее проявляется влия­ние температурных условий на работоспособность учащихся во время занятий физической культурой и трудом.
В помещениях школ, школ-интернатов, интернатов при школах, профессионально-технических училищ при относительной влажно­сти 40—60% и скорости движения воздуха не более 0,2 м/с тем­пературы его нормируются в соответствии с климатическими районами (табл. 19), Перепад температуры воздуха в помещении как по вертикали, так и по горизонтали установлен в пределах 2—3°С. Низкая температура воздуха в физкультурном зале, ма­стерских и рекреационных помещениях соответствует виду дея­тельности детей и подростков в этих помещениях.

Во время учебных занятий следует проявлять особую заботу о тепловом комфорте учащихся, сидящих в первом от окон ряду, строго соблюдать установленные разрывы, не усаживать детей около радиаторов (печей). В школах с ленточным остеклением разрывы между первым рядом парт и окнами в зимнее время сле­дует увеличивать до 1,0—1,2 м. Из-за низкого термического со­противления стекла и высокой воздухопроницаемости оконных пе­реплетов большая остекленная поверхность наружной стены в зим­нее время становится источником мощного радиационного и конвекционного охлаждения. Уже при температуре наружного воз­духа ниже —15°С температура внутренней поверхности стекла снижается в среднем до 6—10 °С, а под влиянием ветра до 0°С. Гигиенические требования к отоплению школ. Из существую­щих систем центрального отопления в детских учреждениях при­меняется система водяного отопления низкого давления. Это отоп­ление при применении приборов большой теплоемкости обеспечи­вает в помещении равномерную температуру воздуха в течение дня, не делает воздух слишком сухим и исключает возгон пыли на нагревательных приборах. Из приборов местного отопления применяют голландские печи, обладающие большой теплоемко­стью. Топку печей производят из коридоров в ночное время, а трубы закрывают не позже чем за 2 ч до прихода учащихся.