Строение и функции органов дыхания

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, 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 грудкой 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.

Рис.10. Воздухоносные пути дыхательной системы:1,2,3 – носовые раковины; 4 – полость рта; 5 – язык; 6 – твердое нёбо; 7 – мягкое нёбо; 8 – носоглотка; 9 – надгортанник; 10 – гортань; 11 – пищевод

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. 11). Стенки легочных пузырьков состоят из одного слоя плоских эпителиальных клеток.

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.

Рис. 11. Схема строения легких (А) и легочных альвеол (Б):
А: 1 – гортань; 2 – трахея; 3 – бронхи; 4 – бронхиолы; 5 – легкие.
Б: 1 – сосудистая сеть; 2,3 – альвеолы снаружи и в разрезе; 4 – бронхиола; 5 – артерии и вена

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 приращена 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.

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.

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.

Средняя величина жизненной емкости легких (в мл)