Тема 4.2.3. Физиология дыхания

Внешнее дыхание - это газообмен между кровью организма и окружающей средой. Оно включает два процесса: вентиляцию лег­ких и газообмен между кровью и альвеолярным воздухом.

Вентиляция легких обеспечивается большой частотой дыха­ния – 40-60 в минуту. Минутный объем воздуха составляет 1300 мл. Жизненная емкость легкого у новорожденного равна 120 - 140 мл; она определяется при крике ребенка (так называемая ЖЕЛ Ерика).

Дыхание, обеспечивающее достаточную вентиляцию легких и газообмен в них, возможно и у недоношенных детей. Все механизмы, обеспечивающие эти процессы, формируются с 6-7-го месяца внутриутробного развития. Дыхательная периодика у новорожденного нерегулярна, серии частых дыханий чередуются с более редкими. Относительно часто (1—2,5 раза в минуту) возникают глубокие вздохи. Могут наступать задержки дыхания на выдохе (апноэ) длительностью до 3 с и более. Давление в плевральной полости новорожденного является отрицательным только при вдохе. Газообмен у ребенка происходит не только в альвеолах, но и в дыхательных ходах, что увеличивает диффузионную поверхность. Кровоток в малом круге кровообращения новорожденного относительно больше (более широкая сеть капилляров), а вентиляция легких у новорожденного значительно больше, чем у взрослого. В связи с этим в альвеолярном воздухе у новорожденного содержится значительно больше О₂ (17 %), чем у взрослого (14 %), и значительно меньше СО₂ (3,2 %), чем у взрослого (5,5 %). Вследствие этого в артериальной крови новорожденного напряжение значительно выше, а напряжение СО2 значительно ниже (они соответственно равны 120 и 23 мм рт.ст).

С началом легочного дыхания насыщение гемоглобина кислородом в артериальной крови возрастает, через час после рождения, достигает 90% и продолжает расти, достигая в 1-е сутки после рождения 98%. Быстроте этого процесса способствует большое родство гемоглобина новорожденного (НЬР) с кислородом. НЬР это время еще составляет 70 %. Во второй половине 1-го месяца жизни ребенка в результате разрушения эритроцитов и уменьше­ния содержания гемоглобина в крови (замена НЬР на НЬА) кис­лородная емкость крови снижается до 14—15 об. %. Вследствие этого развиваются гипоксемия и, следовательно, гипоксия.

Несмотря на гипоксемию, потребление О₂ организмом ново­рожденного на 1 кг массы тела в 2 раза больше, чем у взрослого, что обеспечивается более интенсивной вентиляцией легких, кро­вообращением в легком и во всем организме ребенка.

Транспорт СО₂ у новорожденного осуществляется в основном в виде физически растворенного и связанного с гемоглобином СО₂, так как карбоангидраза, активирующая образование и рас­пад бикарбонатов, у новорожденных появляется только в конце 1-й недели жизни и содержится в малом количестве, ее актив­ность низка, поэтому участие бикарбонатов в выделении СО2 незна­чительно. Уровень активности карбоангидразы, характерный для взрослых, у детей устанавливается к 5 годам.

Регуляция дыхания.

Регуляторные механизмы дыхательной системы новорожден­ных детей, степень их активности в основном соответствуют тако­вым плода. Однако уже с середины 1-го месяца жизни начинают функционировать хеморецепторы аортальной и синокаротидных рефлексогенных зон, в результате чего интенсивность дыхания регулируется не только непосредственным влиянием изменения газового состава крови на дыхательный центр, но и рефлектор­ным путем.

Бульбарные центры новорожденных отличаются высокой ус­тойчивостью к недостатку кислорода и малочувствительны к гиперкапнии. Благодаря этому новорожденные могут выживать в гипоксических условиях, смертельных для взрослых. По этой же причине дети могут задерживать дыхание (например, в ванночке под водой) на более длительный срок, чем взрослые.

К концу 1-го месяца жизни формируется достаточно устойчи­вый рефлекс Геринга—Брайера — увеличение вентиляции лег­ких, возникающее при раздражении хеморецепторов аортальной и синокаротидных рефлексогенных зон, но степень выраженно­сти рефлекторной реакции на гипоксию даже у детей дошкольно­го возраста в 1,5 раза ниже, чем у взрослых.

Другие возрастные периоды. На втором году жизни с развитием речи начинает формироваться произвольная регуляция частоты и глубины дыхания, а к 4-6 годам дети могут сами или по инструк­ции старших произвольно задерживать дыхание и изменять его частоту и глубину. В процессе роста и развития организма совершенствуются также регуляторные механизмы изменения дыхания при мышечной работе, в частности, вырабатываются условно-реф­лекторные приспособительные реакции при выполнении физи­ческой нагрузки. Структурные особенности легких детей различ­ного возраста определяют их функциональные характеристики. Особенно усиленный рост и совершенствование органов дыхания наблюдаются в пубертатном периоде. Органы дыхательной систе­мы постепенно растут, приспосабливаясь к общему росту тела, и в частности грудной клетки. Наиболее выраженные возрастные изменения функций этих органов связаны с типом дыхания и «переломом» голоса. К началу периода полового созревания объем легких увеличивается в 10 раз, а к концу — в 20 раз по сравнению с объемом легких новорожденного.

Дыхание при мышечной работе.

При физической нагрузке увеличение легочной вентиляции у детей осуществляется за счет учащения дыхания, а не за счет уве­личения глубины дыхания, поэтому эффективность такого дыха­ния ниже, чем у взрослых.

Артериовенозная разница по О₂ и коэффициент утилизации О₂ тканями при физической нагрузке у детей также увеличиваются меньше. Так, при нагрузке с максимальным потреблением кисло­рода общая артериовенозная разница по кислороду у детей увели­чивается до 8 об. %, у взрослых - до 12 об. % (у спортсменов, даже до 18 об. %). Это означает, что при такой нагрузке использо­вание кислорода из артериальной крови у детей едва достигает 50%, тогда как у взрослых - 70 % (у спортсменов - 85-90 %). Наибольшая кислородная емкость крови, меньшая утилизация кислорода приводят к тому, что у детей и подростков при физи­ческой нагрузке кровообращение не столь эффективно в отноше­нии доставки О₂ к тканям, как у взрослых. Так, при нагрузке суб­максимальной интенсивности ткани ребенка 8—9 лет извлекают 1 м3 кислорода из 12 л крови, а ткани взрослого — из 8 л. В резуль­тате этого у детей при физической нагрузке больше, чем у взрос­лых, усиливается работа сердца и ткани организма обеспечивают­ся кислородом в достаточной мере. Иначе говоря, механизмы обеспечения кислородом организма детей и подростков при мы­шечной деятельности менее эффективны и менее экономичны, нежели у взрослых.

С возрастом повышаются эффективность и экономичность кис­лородного обеспечения организма, но в период полового созре­вания эти показатели снижаются, значительно ухудшается каче­ство их регулирования. Последнее особенно проявляется при созревание и достигает по всем показателям уровня взрослого че­ловека к 18-20 годам.

Вентиляция легких. На ранних этапах онтогенеза характерными чертами дыхания являются частый и не очень стабильный его ритм, относительно равное распределение времени между вдохом и вы­дохом, относительно низкая скорость воздушного потока, корот­кие дыхательные паузы, небольшой дыхательный объем.

Отношение числа дыханий к числу сердечных сокращений со­ставляет у новорожденного 1:2, в 1 год - 1:3, у взрослого - 1:4,

Частота дыхания зависит от возраста ребенка: чем он мень­ше, тем частота дыхания больше. В течение первого года жизни ребенок находится как бы в состоянии физиологической одыш­ки. Затем частота дыхания постепенно уменьшается и в возрасте 5-7 лет составляет 25 в минуту, 10-12 лет – 20-22, у подрост­ков 13 -15 лет – 19-20 в минуту и только в возрасте 18—20 лет приближается к частоте дыхания взрослого человека - 16-18 раз в минуту (см. табл. 4.3.8).

Частота дыхания у мальчиков до 8 лет несколько больше, чем у девочек. К периоду полового созревания частота дыхания у де­вочек становится больше, и это соотношение сохраняется всю жизнь. Существует определенная пропорция между частотой ды­хания и пульсом. На первом году жизни она равна 1:2,5, в пубер­татном возрасте - 1:4.

Дыхательный объем в конце первого года жизни составляет 70 мл, а к 5 годам удваивается. До 8 лет величина вентиляции лег­ких у мальчиков и девочек примерно одинакова. Дыхательный объем в этом возрасте составляет 180 мл, в 14 лет — 300 мл; нормы взрос­лого (6-8м3) он достигает в 16-17 лет. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) точно определяется только с 4-6 лет, так как у ребенка более раннего возраста произвольная регуляция глубины дыхания несовершенна; она начинается вместе с развитием речи. У 4-лет­него ребенка ЖЕЛ равна 1100 мл, а к 13 годам она удваивается, нормы взрослого (4000-5000 мл) достигает в 17-18 лет.

У детей из-за большой частоты дыхания минутный объем воз­духа в пересчете на 1 кг массы тела значительно больше, чем у взрослых. Чем меньше ребенок, тем выше этот показатель. У груд­ных детей он в 2 раза больше, чем у подростков и юношей. Ми­нутный объем воздуха в возрасте 1 года равен 2,5 м3, в 8 лет – 4-4,5 м3 и остается примерно таким же до 12 лет; нормы у взрос­лого (6-9 м3) он достигает в возрасте 16-17 лет (табл.4.2.4).

Следует также отметить, что энергия, затрачиваемая на венти­ляцию 1 м3 воздуха, у детей значительно больше, чем у взрослых (например, в возрасте 8 лет приблизительно в 2,5 раза). С возрас­том эти затраты из-за расширения воздухоносных путей и увеличения растяжимости легкого уменьшаются, что обусловливается увеличением количества и размеров альвеол, уменьшением силы поверхностного натяжения.

Таблица 4.2.4