Строение и функция органов дыхания и их возрастные особенности

Значение дыхания. Дыхание — необходимый для жизни про­цесс постоянного обмена газами между организмом и окружаю­щей средой. Дыхание обеспечивает постоянное поступление в ор­ганизм кислорода, необходимого для осуществления окислитель­ных процессов, являющихся основным источником энергии. Без доступа кислорода жизнь может продолжаться лишь несколько минут. При окислительных процессах образуется углекислый газ, который должен быть удален из организма. В понятие дыхание включают следующие процессы:

1) внешнее дыхание —обмен га­зов между внешней средой и легкими — легочная вентиляция;
2) обмен газов в легких между альвеолярным воздухом и кровью капилляров — легочное дыхание;
3) транспорт газов кровью, пе­ренос кислорода от легких к тканям и углекислого газа из тканей в легкие;
4) обмен газов в тканях;
5) внутреннее, или тканевое, дыхание — биологические процессы, происходящие в митохондри­ях клеток.

Этот этап дыхания является предметом рассмотрения в курсе биохимии. Нарушение любого из этих процессов создает опасность для жизни человека.
Дыхательная система человека включает: воздухоносные пу­ти, к которым относятся полость носа, носоглотка, гортань, тра­хея, бронхи (рис. 41); легкие — состоящие из бронхиол, альвеоляр­ных мешочков и богато снабженные сосудистыми разветвлениями; костно-мышечную систему, обеспечивающую дыхательные движе­ния: к ней относятся ребра, межреберные и другие вспомога­тельные мышцы, диафрагма. Все звенья дыхательной системы претерпевают с возрастом существенные структурные преобразо­вания, что определяет особенности дыхания детского организма на разных этапах развития.

Воздухоносные пути и дыхательный путь начинаются носовой полостью. Слизистая оболочка носовой полости обильно снабжена кровеносными сосудами и покрыта многослойным мерцательным эпителием. В эпителии много железок, выделяющих слизь, кото­рая вместе с пылевыми частицами, проникшими со вдыхаемым воздухом, удаляется мерцательными движениями ресничек. В но­совой полости вдыхаемый воздух согревается, частично очищается от пыли и увлажняется. К моменту рождения носовая полость ребенка недоразвита, она отличается узкими носовыми отвер­стиями и практически отсутствием придаточных пазух, окончатель­ное формирование которых происходит в подростковом возрасте. Объем носовой полости с возрастом увеличивается примерно в 2,5 раза. Структурные особенности носовой полости детей раннего возраста затрудняют носовое дыхание, дети часто дышат с откры­тым ртом, что приводит к подверженности простудным заболева­ниям. Одним из факторов, затрудняющих дыхание через нос, явля­ются аденоиды. «Заложенный» нос влияет на речь, вызывая за­крытую гнусавость, косноязычие. При «заложенном» носе воздух недостаточно очищается от вредных примесей, пыли, недостаточ­но увлажняется, отчего возникают частые воспаления гортани и трахеи. Ротовое дыхание вызывает кислородное голодание, за­стойные явления в грудной клетке и черепной коробке, деформацию грудной клетки, понижение слуха, частые отиты, бронхиты, сухость слизистой полости рта, неправильное (высокое) развитие твердого нёба, нарушение нормального положения носовой пере­городки и формы нижней челюсти.
В придаточных пазухах носовой полости детей могут разви­ваться воспалительные процессы — гайморит и фронтит.
Гайморит — воспаление придаточной (гайморовой— верхнече­люстной) полости носа. Обычно гайморит развивается после острой инфекции (скарлатина, корь, грипп). Инфекция попадает через кровь из полости носа или из соседнего очага (кариозный зуб). Больной испытывает общее недомогание, познабливание, повышается температура до 38° в первые дни заболевания, по­является головная боль или боль невралгического характера с иррадиацией в щеку, в верхние зубы и висок, слизистая носа (односторонне) набухает, появляются выделения (с той же сто­роны). Необходимо немедленно направить ребенка в лечебное учреждение для своевременного лечения. Недостаточное лечение приводит к переходу заболевания в хроническое состояние.
Фронтит — воспаление лобной пазухи. Больной жалуется на боль над бровью, во лбу и нижней стенке лобной пазухи, наблю­дается слезотечение и светобоязнь. Комплекс этих симптомов по­является периодически, они продолжаются с 10—11 ч утра и за­тихают к 15—16 ч дня. При вертикальном положении тела наб­людаются обильные выделения (гнойные). Важно направить ребенка в лечебное учреждение для своевременного лечения. Не­редко заболевание становится хроническим.
Из полости носа воздух попадает в носоглотку — верхнюю часть глотки. В глотку открываются также полость носа, гортань и слуховые трубы, соединяющие полость глотки со средним ухом. Глотка ребенка отличается меньшей длиной, большей шириной и низким расположением слуховой трубы. Особенности строения но­соглотки приводят к тому, что заболевания верхних дыхательных путей у детей часто осложняются воспалением среднего уха, так как инфекция легко проникает в ухо через широкую и короткую слуховую трубу. Заболевания миндалевидных желез, расположен­ных в глотке, серьезно отражаются на здоровье ребенка.
Тонзиллит — воспаление миндалин. Оно может быть острым.'(ангины) и хроническим. Хронический тонзиллит развивается по­сле частых ангин и некоторых других инфекционных заболеваний, сопровождающихся воспалением слизистой оболочки зева (скар­латина, корь, дифтерия). Особую роль в развитии хронического заболевания миндалин имеет микробная (стрептококк и аденови­рус) инфекция. Хронический тонзиллит способствует возникнове­нию ревматизма, воспалению почек, органическому поражению сердца.
Одним из видов заболеваний миндалевидных желез являются аденоиды — увеличение третьего миндалика, находящегося в носо­глотке. Для увеличения миндалика имеют значение ряд перене­сенных инфекций, климатические условия (в холодном климате аденоиды у детей встречаются чаще, чем в теплом). Разрастание миндалика констатируется преимущественно у детей до 7—8 лет. При аденоидах наблюдаются: долго не прекращающийся насморк, затрудненное носовое дыхание, особенно по ночам (храпение, не освежающий, беспокойный сон с частым пробуждением), притуп­ление обоняния, открытый рот, отчего нижняя губа отвисает, носогубные складки сглаживаются, появляется особое «аденоидное» выражение лица.
Следующее звено воздухоносных путей — гортань. Скелет гор­тани образован хрящами, соединенными между собой суставами, связками и мышцами.
Полость гортани покрыта слизистой оболочкой, которая обра­зует две пары складок, замыкающих вход в гортань во время глотания. Нижняя пара складок покрывает голосовые связки. Про­странство между голосовыми связками называют голосовой щелью. Таким образом, гортань не только связывает глотку с трахеей, но и участвует в речевой функции.
Гортань у детей короче, уже и располагается выше, чем у взрослых. Наиболее интенсивно гортань растет на 1—3-м годах жизни и в период полового созревания. В период полового со­зревания появляются половые различия в строении гортани. У мальчиков образуется кадык, удлиняются голосовые связки, гортань становится шире и длиннее, чем у девочек, происходит ломка голоса.
От нижнего края гортани отходит трахея. Длина ее увеличи­вается в соответствии с ростом туловища, максимальное ускоре­ние роста трахеи отмечено в возрасте 14—16 лет. Окружность трахеи увеличивается соответственно увеличению объема грудной клетки. Трахея разветвляется на два бронха, правый из которых более короткий и широкий. Наибольший рост бронхов происходит в первый год жизни и в период полового созревания.
Слизистая оболочка воздухоносных путей у детей более обиль­но снабжена кровеносными сосудами, нежна и ранима, она со­держит меньше слизистых желез, предохраняющих ее от.повреж­дения. Эти особенности слизистой оболочки, выстилающей возду­хоносные пути, в детском возрасте в сочетании с более узким про­светом гортани и трахеи обусловливают подверженность детей воспалительным заболеваниям органов дыхания.
Легкие. С возрастом существенно изменяется и структура основного органа дыхания — легких. Первичный бронх, вступив в ворота легких, делится на более мелкие бронхи, которые об­разуют бронхиальное дерево. Самые тонкие веточки его называют бронхиолами. Тонкие бронхиолы входят в легочные дольки и вну­три них делятся на конечные бронхиолы.

Бронхиолы разветвляются на альвеолярные ходы с мешочка­ми, стенки которых образованы множеством легочных пузырь­ков— альвеол. Альвеолы являются конечной частью дыхательного пути (рис. 42). Стенки легочных пузырьков состоят из одного слоя плоских эпителиальных клеток. Каждая альвеола окружена снаружи густой сетью капилляров. Через стенки альвеол и ка­пилляров происходит обмен газами — из воздуха в кровь перехо­дит кислород, а из крови в альвеолы поступают углекислый газ и пары воды.
В легких насчитывают до 350 млн. альвеол, а их поверхность достигает 150 м². Большая поверхность альвеол способствует луч­шему газообмену. По одну сторону этой поверхности находится альвеолярный воздух, постоянно обновляющийся в своем составе, по другую — непрерывно текущая по сосудам кровь. Через обшир­ную поверхность альвеол происходит диффузия кислорода и угле­кислого газа. Во время физической работы, когда при глубоких входах альвеолы значительно растягиваются, размеры дыхатель­ной поверхности увеличиваются. Чем больше общая поверхность альвеол, тем интенсивнее происходит диффузия газов.
Каждое легкое покрыто серозной оболочкой, называемой плев­рой. У плевры два листка. Один плотно сращен с легким, дру­гой приращен к грудной клетке. Между обоими листками — не­большая плевральная полость, заполненная серозной жидкостью (около 1—2 мл), которая облегчает скольжение листков плевры при дыхательных движениях. В альвеолах осуществляется газооб­мен: кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, из крови углекислый газ поступает в альвеолы.
Стенки альвеол и стенки капилляров очень тонкие, что спо­собствует проникновению газов из легких в кровь и наоборот. Газообмен зависит от поверхности, через которую осуществляется диффузия газов, и разности парциального давления диффундирую­щих газов. Такие условия есть в легких. При глубоком вдохе альвеолы растягиваются и их поверхность достигает 100—150 м². Также велика и поверхность капилляров в легких. Есть и доста­точная разница парциального давления газов, альвеолярного воз­духа и напряжения этих газов в венозной крови. Для кислорода эта разница составляет 70 мм рт.ст., для углекислого газа- 7 мм рт. ст.
Легкие у детей растут главным образом за счет увеличения объема альвеол (у новорожденного диаметр альвеолы 0,07 мм, у взрослого он достигает уже 0,2 мм). До 3 лет происходит уси­ленный рост легких и дифференцировка их отдельных элементов. Число альвеол к 8 годам достигает числа их у взрослого челове­ка. В возрасте от 3 до 7 лет темпы роста легких снижаются. Особенно энергично растут альвеолы после 12 лет. Объем легких к 12 годам увеличивается в 10 раз по сравнению с объемом легких новорожденного, а к концу периода полового созревания — в 20 раз (в основном за счет увеличения объема альвеол). Соот­ветственно изменяется газообмен в легких, увеличение суммарной поверхности альвеол приводит к возрастанию диффузионных воз­можностей легких.
Дыхательные движения. Обмен газов между атмосферным воз­духом и воздухом, находящимся в альвеолах, происходит благо­даря ритмическому чередованию актов вдоха и выдоха.
В легких нет мышечной ткани, и поэтому активно они сокра­щаться не могут. Активная роль в акте вдоха и выдоха принад­лежит дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.
При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и ди­афрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в сторону. Объем грудной клетки при этом увеличи­вается. При сокращении диафрагмы ее купол уплощается, что также ведет к увеличению объема грудной клетки. При глубоком дыхании принимают участие и другие мышцы груди и шеи. Лег­кие, находясь в герметически закрытой грудной клетке, пассивно следуют во время вдоха и выдоха за ее движущимися стенками, так как при помощи плевры они приращены к грудной клетке. Этому способствует и отрицательное давление в грудной полости. Отрицательное давление — это давление ниже атмосферного. Во время вдоха оно ниже атмосферного на 9—12 мм рт. ст., а во время выдоха —на 2—6 мм рт. ст.
В ходе развития грудная клетка растет быстрее, чем легкие, отчего легкие постоянно (даже при выдохе) растянуты. Растяну­тая эластичная ткань легких стремится сжаться. Сила, с которой ткань легкого стремится сжаться за счет эластичности, противо­действует атмосферному давлению. Вокруг легких, в плевральной полости, создается давление, равное атмосферному минус эла­стическая тяга легких. Так вокруг легких создается отрицатель­ное давление. За счет отрицательного давления в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой. Лег­кие при этом растягиваются. Атмосферное давление действует на легкие изнутри через воздухоносные пути, растягивает их, прижимает к грудной стенке.
В растянутом легком давление становится ниже атмосферно­го, и за счет разницы давления атмосферный воздух через дыха­тельные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются лег­кие, тем глубже вдох.
При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки, а следовательно, и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мыш­цы живота, внутренние межреберные и другие мышцы.
Постепенность созревания костно-мышечного аппарата дыха­тельной системы и особенности его развития у мальчиков и дево­чек определяют возрастные и половые различия типов дыхания. У детей раннего возраста ребра имеют малый изгиб и занимают почти горизонтальное положение. Верхние ребра и весь плечевой пояс расположены высоко, межреберные мышцы слабые. В связи с такими особенностями у новорожденных преобладает диафрагмальное дыхание с незначительным участием межреберных мышц. Диафрагмальный тип дыхания сохраняется до второй половины первого года жизни. По мере развития межреберных мышц и роста ребенка грудная клетка опускается вниз и ребра принимают ко­сое положение. Постепенно дыхание грудных детей становится грудобрюшным, с преобладанием диафрагмального, причем в верх­нем отделе грудной клетки подвижность остается все еще не­большой.
В возрасте от 3 до 7 лет в связи с развитием плечевого пояса все более начинает преобладать грудной тип дыхания, и к 7 го­дам он становится выраженным.
В 7—8 лет выявляются половые отличия в типе дыхания: у мальчиков становится преобладающим брюшной тип дыхания, у девочек — грудной. Заканчивается половая дифференцировка дыхания к 14—17 годам. Следует заметить, что тип дыхания у юношей и девушек может меняться в зависимости от занятий спортом, трудовой деятельностью.
Возрастные особенности строения грудной клетки и мышц обусловливают особенности глубины и частоты дыхания в дет­ском возрасте. Взрослый человек делает в среднем 15—17 дыха­тельных движений в минуту, за один вдох при спокойном дыха­нии вдыхается 500 мл воздуха. Объем воздуха, поступающий в легкие за один вдох, характеризует глубину дыхания.
Дыхание новорожденного ребенка частое и поверхностное. Ча­стота подвержена значительным колебаниям — 48—63 дыхатель­ных цикла в минуту во время сна. У детей первого года жизни частота дыхательных движений в минуту во время бодрствования 50—60, а во время сна —35—40. У детей 1—2 лет во время бодр­ствования частота дыхания 35—40, у 2—4-летних — 25—35 и у 4—б-летних — 23—26 циклов в минуту. У детей школьного воз­раста происходит дальнейшее урежение дыхания (18—20 раз в минуту).
Большая частота дыхательных движений у ребенка обеспечи­вает высокую легочную вентиляцию.
Объем вдыхаемого воздуха у ребенка в 1 месяц жизни состав­ляет 30 мл, в 1 год — 70 мл, в 6 лет—156 мл, в 10 лет — 239 мл, в 14 лет — 300 мл.
За счет большой частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания (в пересчете на 1 кг массы). Минутный объем дыхания — это количество воздуха, ко­торое человек вдыхает за 1 мин; он определяется произведением величины вдыхаемого воздуха на число дыхательных движений за 1 мин. У новорожденного минутный объем дыхания составляет 650—700 мл воздуха, к концу первого года жизни — 2600— 2700 мл, к 6 годам — 3500 мл, у 10-летнего ребенка — 4300 мл, у 14-летнего — 4900 мл, у взрослого человека — 5000—6000 мл.
Важной характеристикой функционирования дыхательной си­стемы является жизненная емкость легких — наибольшее количе­ство воздуха, который человек может выдохнуть после глубокого вдоха. Жизненная емкость воздуха легких меняется с возрастом (табл. 18), зависит от длины тела, степени развития грудной клет­ки и дыхательных мышц, пола. Обычно она больше у мужчин, чем у женщин. У спортсменов жизненная емкость легких больше, чем у нетренированных людей: у штангистов, например, она состав­ляет около 4000 мл, у футболистов —4200, у гимнастов — 4300, у пловцов — 4900, у гребцов —5500 мл и более.

Таблица 18: Средняя величина жизненной емкости легких (в мл)

Так как измерение жизненной емкости легких требует актив­ного и сознательного участия самого ребенка, то она может быть определена лишь после 4—5 лет.
К 16—17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека. Для определения жизнен­ной емкости легких используется прибор спирометр. Жизненная емкость является важным показателем физического развития.