Строение и функции дыхательной системы

Дыхание при физической нагрузке. При физической нагрузке потребление О2 и продукция СО2 возрастают в среднем в 15—20 раз. Одновременно усиливается вентиляция и ткани организма получают необходимое количество О2, а из организма выводится CO2.

Каждый человек имеет индивидуальные показатели внешнего дыхания. В норме  частота дыхания варьирует от 16 до 25 в минуту, а дыхательный  объем — от 2,5 до 0,5 л. При мышечной нагрузке разной мощности легочная вентиляция, как правило, пропорциональна интенсивности  выполняемой работы и потреблению  О2 тканями организма. У нетренированного человека при максимальной мышечной работе минутный объем дыхания не превышает 80 л*мин-1, а у тренированного может быть 120—150 л*мин-1 и выше. Кратковременное произвольное увеличение вентиляции может составлять 150—200 л*мин-1.

 В момент начала мышечной  работы вентиляция быстро увеличивается,  однако в начальный период  работы не происходит каких-либо  существенных изменений рН и  газового состава артериальной  и смешанной венозной крови.  Следовательно, в возникновении  гиперпноэ в начале физической  работы не участвуют периферические  и центральные хеморецепторы  как важнейшие чувствительные  структуры дыхательного центра, чувствительные к гипоксии и  к понижению рН внеклеточной  жидкости мозга.

 Уровень вентиляции в первые  секунды мышечной активности  регулируется сигналами, которые  поступают к дыхательному центру  из гипоталамуса, мозжечка, лимбической  системы и двигательной зоны  коры большого мозга. Одновременно  активность нейронов дыхательного  центра усиливается раздражением  проприоцепторов работающих мышц. Довольно быстро первоначальный  резкий прирост вентиляции легких  сменяется ее плавным подъемом  до достаточно устойчивого состояния,  или так называемого плато.  В период «плато», или стабилизации  вентиляции легких, происходит снижение  Рао2 и повышение Расо2 крови,  усиливается транспорт газов  через аэрогематический барьер, начинают возбуждаться периферические  и центральные хеморецепторы.  В этот период к нейрогенным  стимулам дыхательного центра  присоединяются гуморальные воздействия,  вызывающие дополнительный прирост  вентиляции в процессе выполняемой  работы. При тяжелой физической  работе на уровень вентиляции  будут влиять также повышение  температуры тела, концентрация  катехоламинов, артериальная гипоксия  и индивидуально лимитирующие  факторы биомеханики дыхания.

Состояние «плато» наступает в  среднем через 30 с после начала работы или изменения интенсивности  уже выполняемой работы. В соответствии с энергетической оптимизацией дыхательного цикла повышение вентиляции при  физической нагрузке происходит за счет различного соотношения частоты  и глубины дыхания. При очень  высокой легочной вентиляции поглощение О2 дыхательными мышцами сильно возрастает. Это обстоятельство ограничивает возможность  выполнять предельную физическую нагрузку. Окончание работы вызывает быстрое  снижение вентиляции легких до некоторой величины, после которой происходит медленное восстановление дыхания до нормы.

4. Жизненная ёмкость лёгких

ЖИЗНЕННАЯ ЁМКОСТЬ ЛЁГКИХ (ЖЕЛ) - максимальное количество воздуха, выдыхаемое после  самого глубокого вдоха. ЖЕЛ является одним из основных показателей состояния  аппарата внешнего дыхания, широко используемым в медицине.

Вместе с остаточным объемом, т. е. объемом воздуха, остающегося  в легких после самого глубокого  выдоха, ЖЕЛ образует общую емкость  легких (ОЕЛ). В норме ЖЕЛ составляет ок. 3/4 ОЕЛ и характеризует максимальный объем, в пределах к-рого человек  может изменять глубину своего дыхания. При спокойном дыхании здоровый взрослый человек использует небольшую  часть ЖЕЛ: вдыхает и выдыхает 300-500 см3 воздуха (так наз. дыхательный  объем). При этом резервный объем  вдоха, т. е. количество воздуха, к-рое  человек способен дополнительно  вдохнуть после спокойного вдоха, и  резервный объем выдоха, равный объему дополнительно выдыхаемого воздуха  после спокойного выдоха, составляют примерно по 1500 см3 каждый. Во время  физической нагрузки дыхательный объем  возрастает за счет использования резервов вдоха и выдоха.

Определяют ЖЕЛ с помощью  спирографии. Величина ЖЕЛ в норме  зависит от пола и возраста человека, его телосложения, физического развития, а при различных заболеваниях она может существенно уменьшаться, что снижает приспособляемость  больного к выполнению физической нагрузки. Для оценки индивидуальной величины ЖЕЛ на практике принято сравнивать ее с так наз. должной ЖЕЛ (ДЖЕЛ), к-рую вычисляют по различным  эмпирическим формулам. Исходя, напр., из показателей роста обследуемого в метрах (Р) и его возраста в  годах (В), ДЖЕЛ (в литрах) можно рассчитать по следующим формулам: для мужчин ДЖЕЛ = 5, 2xР - 0, 029xВ - 3, 2; для женщин ДЖЕЛ = 4, 9xР - 0, 019xВ - 3, 76; для девочек от 4 до 17 лет при росте от 1, 0 до 1, 75 м ДЖЕЛ = 3, 75xР - 3, 15; для мальчиков  того же возраста при росте до 1, 65 м ДЖЕЛ = 4, 53xР - 3, 9, а при росте св. 1, 65 м - ДЖЕЛ = 10xР - 12, 85.

ЖЕЛ считается сниженной, если ее фактическая  величина составляет менее 80% ДЖЕЛ. При  заболеваниях снижение ЖЕЛ возможно либо за счет возрастания в структуре  ОЕЛ остаточного объема, что наблюдается  при бронхиальной обструкции с острым вздутием легких (см. Бронхиальная астма) и развитием эмфиземы легких, либо вследствие снижения ОЕЛ. Последнее  наблюдается после хирургического удаления легкого или его части, при избыточном кровенаполнении  легких, при массивной пневмонии, выраженном пневмосклерозе, фиброзе  легких (напр., при саркоидозе), а  также при торакодиафрагмальной патологии, ограничивающей растяжение легких на вдохе, - высоком стоянии  диафрагмы (напр., при асците, ожирении), выраженном кифосколиозе, наличии плеврального выпота (при гидротораксе, плеврите), пневмотораксе. Снижение ЖЕЛ за счет уменьшения ОЕЛ обусловливает одышку рестриктивного типа (инспираторную), с коротким затрудненным вдохом и  повышенной частотой дыхания (см. Одышка). Повторение измерения жизненной  емкости легких в процессе лечения  производят для оценки эффективности  проводимой терапии.

5. Формирование системы дыхания в онтогенезе.

Онтогене́з (от греч. οντογένεση: ον —  существо и γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма от оплодотворения (при  половом размножении) или от момента  отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до смерти.

Зачаток органов дыхания появляется на 22-26 день, и только к сорока неделям  полностью завершается дифференцировка  легких.

Развитие органов дыхания начинается на 3-й неделе эмбрионального развития и продолжается в течение длительного  времени после рождения ребенка. На 3-й неделе эмбриогенеза из шейного  отдела энтодермальной трубки появляется выпячивание, которое быстро растет, а на каудаль-ном отделе его возникает  колбовидное расширение. На 4-й неделе оно делится на правую и левую  части - будущее правое и левое  легкие, - каждая из которых древообразно ветвится. Образовавшиеся выпячивания  врастают в окружающую мезенхиму, продолжая  делиться, на концах их появляются шаровидные расширения - зачатки бронхов - все  более мелкого калибра. На 6-й неделе формируются долевые бронхи, на 8-10-й - сегментарные. Типичное для взрослого  человека число воздухоносных путей  образуется уже к концу 16-й недели развития плода. Из этого энтодермального  зачатка образуется эпителий легких и дыхательных путей. Гладкомышечные волокна и хрящи бронхов формируются  из мезодермальной мезенхимы (формирование хрящевого каркаса трахеи и бронхов  начинается с 10-й недели развития плода). Это так называемая псевдожелезистая стадия развития легких. К нижним долям  легких подходит большее число бронхов, воздухоносные пути которых имеют  большую протяженность по сравнению  с верхними.

Каналикулярная фаза (реканализации) - 16-26-я недели - характеризуется образованием просвета в бронхах, продолжением развития и васкуляризацией будущих респираторных отделов легкого. Завершающая фаза (альвеолярная) - период образования альвеол - начинается с 24-й недели, к рождению не заканчивается, образование альвеол продолжается и в постнатальном периоде. К моменту рождения в легких плода насчитывается около 70 млн. первичных альвеол.

Органы дыхания у детей имеют  относительно меньшие размеры и  отличаются незаконченностью анатомо-гистологического развития. Нос ребенка раннего возраста относительно мал, носовые ходы узкие, нижний носовой ход отсутствует. Слизистая оболочка носа нежная, относительно сухая, богата кровеносными сосудами. Вследствие узости носовых ходов и обильного кровоснабжения их слизистой оболочки даже незначительное воспаление вызывает у маленьких детей затруднение дыхания через нос. Дыхание же через рот у детей первого полугодия жизни невозможно, так как большой язык оттесняет надгортанник сзади. Особенно узким у детей раннего возраста является выход из носа - хоаны, что часто является причиной длительного нарушения у них носового дыхания.

Придаточные пазухи носа у детей раннего возраста развиты очень слабо или совсем отсутствуют. По мере того как увеличиваются в размерах лицевые кости (верхняя челюсть) и прорезываются зубы, возрастают длина и ширина носовых ходов, объем придаточных пазух носа. К 2 годам появляется лобная пазуха, увеличивается в объеме гайморова полость. К 4 годам появляется нижний носовой ход. Этими особенностями объясняется редкость таких заболеваний, как гайморит, фронтит, этмоидит, в раннем детском возрасте. Из-за недостаточного развития пещеристой ткани у детей раннего возраста слабо согревается вдыхаемый воздух, в связи с этим детей нельзя выносить на улицу при температуре ниже -10° С. Пещеристая ткань хорошо развивается к 8-9 годам, этим объясняется относительная редкость кровотечений из носа у детей 1-го года жизни. Широкий носослезный проток с недоразвитыми клапанами способствует переходу воспаления из носа на слизистую оболочку глаз. Проходя через нос, атмосферный воздух согревается, увлажняется и очищается. В полость носа выделяется 0,5-1 л слизи в сутки. Каждые 10 мин носоглотку проходит новый слой слизи, которая содержит бактерицидные вещества (лизоцим, комплемент и др.), секреторный иммуноглобулин А.

Глотка у детей относительно узкая и имеет более вертикальное направление, чем у взрослых. Лимфоглоточное кольцо у новорожденных развито слабо. Глоточные миндалины становятся видимыми лишь к концу 1 -го года жизни. Поэтому ангины у детей до 1 года бывают реже, чем у более старших детей. К 4-10 годам миндалины уже развиты хорошо, и может легко возникать их гипертрофия. В пубертатном периоде миндалины начинают претерпевать обратное развитие. Миндалины являются как бы фильтром для микробов, но при частых воспалительных процессах в них может формироваться очаг хронической инфекции, вызывающий общую интоксикацию и сенсибилизацию организма. Разрастание аденоидов (носоглоточной миндалины) наиболее выражено у детей с аномалиями конституции, в частности с лимфатико-гипопластическим диатезом. При значительном увеличении аденоидов - 1,5-2-й степени - их удаляют, так как у детей нарушается носовое дыхание (дети дышат открытым ртом - воздух не очищается и не согревается носом, и поэтому они часто болеют простудными заболеваниями), изменяется форма лица (аденоидное лицо), дети становятся рассеянными (дыхание ртом отвлекает внимание), ухудшается их успеваемость. При дыхании ртом нарушается также осанка, аденоиды способствуют формированию неправильного прикуса.

Евстахиевы трубы у детей раннего возраста широкие, и при горизонтальном положении ребенка патологический процесс из носоглотки легко распространяется на среднее ухо, вызывая развитие среднего отита.

Гортань у детей раннего возраста имеет воронкообразную форму (позже - цилиндрическую) и расположена несколько выше, чем у взрослых (на уровне 4-го шейного позвонка у ребенка и 6-го шейного позвонка - у взрослого). Гортань относительно длиннее и уже, чем у взрослых, хрящи ее очень податливы. Ложные голосовые связки и слизистая оболочка нежные, богаты кровеносными и лимфатическими сосудами, эластическая ткань развита слабо. Голосовая щель у детей узкая. Голосовые связки у детей раннего возраста короче, чем у старших, поэтому у них высокий голос. С 12 лет голосовые связки у мальчиков становятся длиннее, чем у девочек. Указанные особенности гортани объясняют легкое развитие у детей стенотических явлений даже при умеренных воспалительных изменениях слизистой оболочки гортани. Большое значение имеет также повышенная нервно-мышечная возбудимость маленького ребенка. Осиплость голоса, отмечаемая часто у маленьких детей после крика, чаще зависит не от воспалительных явлений, а от слабости легко утомляемых мышц голосовых связок.

Трахея у новорожденных воронкообразной формы, просвет ее узок, задняя стенка имеет более широкую фиброзную часть, стенки более податливы, хрящи мягкие, легко сдавливаются. Слизистая оболочка ее нежная, богата кровеносными сосудами и суховата вследствие недостаточного развития слизистых желез, эластическая ткань развита слабо. Секреция желез обеспечивает слой слизи на поверхности трахеи толщиной 5 мкм, скорость продвижения которого - 10-15 мм/мин (обеспечивается ресничками - 10-30 ресничек на 1 мкм2). Рост трахеи происходит параллельно с ростом туловища, наиболее интенсивно - на 1-м году жизни и в пубертатном периоде. Особенности строения трахеи у детей приводят при воспалительных процессах к легкому возникновению стенотических явлений, определяют частые изолированные (трахеиты), комбинированные с поражением гортани (ларинготрахеиты) или бронхов (трахеоброн-хиты) поражения. Кроме того, в связи с подвижностью трахеи может происходить ее смещение при одностороннем процессе (экссудат, опухоль).

Бронхи к рождению достаточно хорошо сформированы. Рост бронхов интенсивен на 1-м году жизни и в пубертатном периоде. Слизистая оболочка их богато васкуляризирована, покрыта слоем слизи, которая продвигается со скоростью 3-10 мм/мин, в бронхиолах медленнее - 2-3 мм/мин. Правый бронх является как бы продолжением трахеи, он короче и шире левого. Этим объясняется частое попадание инородного тела в правый главный бронх. Бронхи узкие, хрящи их мягкие. Мышечные и эластические волокна у детей 1-го года жизни развиты еще недостаточно. Нежность слизистой оболочки бронхов, узость их просвета объясняют частое возникновение у детей раннего возраста брон-хиолитов с синдромом полной или частичной обструкции.