Функциональные особенности системы дыхания у детей
Запасы кислорода в организме очень ограничены и их хватает на 5 — 6 минут. Обеспечение организма кислородом осуществляется процессом дыхания. В зависимости от выполняемой функции различают две основные части легкого: проводящую часть для подачи воздуха в альвеолы и выведение его наружу и дыхательную часть, где происходит газообмен между воздухом и кровью. К проводящей части относятся гортань, трахея, бронхи, т. е. бронхиальное дерево, а к собственно дыхательной — ацинусы, состоящие из приводящей бронхиолы, альвеолярных ходов и альвеол.
Под внешним дыханием подразумевается обмен газов между атмосферным воздухом и кровью капилляров легких. Он осуществляется посредством простой диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану вследствие разницы давления кислорода во вдыхаемом (атмосферном) воздухе и венозной крови, притекающей по легочной артерии в легкие из правого желудочка (табл. 5).
Таблица 5. Парциальное давление газов во вдыхаемом и альвеолярном воздухе, артериальной и венозной крови
| Давление газов, мм рт. ст. | ||||
| вдыхаемый воздух | альвеолярный воздух | артериальная кровь | венозная кровь | |
| рО2 | ||||
| рСО2 | ||||
| pN2 | ||||
| рН2О | ||||
| Общее давление |
Как видно из табл. 5, разница давления кислорода в альвеолярном воздухе и венозной крови, протекающей по легочным капиллярам, составляет 50 мм рт. ст. Это обеспечивает переход кислорода в кровь через альвеолярно-капиллярную мембрану. Разница давления углекислого газа обусловливает его переход из венозной крови в альвеолярный воздух.
Эффективность функции системы внешнего дыхания определяется 3 процессами: вентиляцией альвеолярного пространства; адекватным легочной вентиляции капиллярным кровотоком (перфузией); диффузией газов через альвеолярно-капиллярную мембрану.
По сравнению с взрослыми у детей, особенно первого года жизни, имеются выраженные отличия внешнего дыхания. Это объясняется тем, что в постнатальном периоде происходит дальнейшее развитие респираторных отделов легких (ацинусов), где осуществляется газообмен. Кроме того, у детей имеются многочисленные анастомозы между бронхиальными и пульмональными артериями и капиллярами, что является одной из причин шунтирования крови, минуя альвеолярные пространства.
В настоящее время оценка функции внешнего дыхания проводится по следующим группам показателей:
1. Легочная вентиляция [частота (f), глубина (Vt), минутный объем дыхания (V), ритм, объем альвеолярной вентиляции, распределение вдыхаемого воздуха].
2. Легочные объемы [жизненная емкость легких (ЖЕЛ, Vc), общая емкость легких, резервный объем вдоха (РОВД, IRV), резервный объем выдоха (РОвыд, ERV), функциональная остаточная емкость (ФОЕ), остаточный объем (ОО)].
3. Механика дыхания [максимальная вентиляция легких (МВЛ, Vmax), или предел дыхания, резерв дыхания, форсированная жизненная емкость легких (FEV) и ее отношение к ЖЕЛ (индекс Тиффно), бронхиальное сопротивление, объемная скорость вдоха и выдоха при спокойном и форсированном дыхании].
4. Легочный газообмен [величина потребления кислорода и выделения углекислого газа в 1 мин, состав альвеолярного воздуха, коэффициент использования кислорода (КИО2)].
5. Газовый состав артериальной крови [давление кислорода (рО2) и углекислоты (рСО2), содержание оксигемоглобина в крови и артериовенозной разницы по Нb и окси-Нb].
Глубина дыхания, или дыхательный объем (ДО, или Vt, в мл), у детей как в абсолютных, так и относительных цифрах значительно меньше, чем у взрослого человека (табл. 6).
Это объясняется двумя причинами. Одной из них, естественно, является небольшая масса легких у детей, которая увеличивается с возрастом, причем в течение
Таблица 6. Дыхательный объем у детей в зависимости от возраста
| Возраст | Дыхательный объем у детей, мл | |||
| по Брока | по Н. А. Шалкову | |||
| абс. | на 1 кг массы тела | абс. | на 1 кг массы тела | |
| Новорожденные 1 мес 4 » 6 » 1 год 3 года 6 лет 11 » 14 » Взрослые | 11,5 | 3,5 4,8 5,0 6,0 6,5 6,2 5,8 5,8 6,4 | __ | --- 6,2 6,2 6,7 7,0 7,4 7,9 7,8 7,8 __ |
первых 5 лет в основном за счет новообразования альвеол. Другой, не менее важной, причиной, объясняющей поверхностное дыхание детей раннего возраста, являются особенности строения, грудной клетки (переднезадний размер приблизительно равен боковому, ребра от позвоночника отходят почти под прямым углом), что ограничивает экскурсию грудной клетки и изменение объема легких. Последний преимущественно изменяется благодаря движению диафрагмы. Увеличение дыхательного объема в покое может свидетельствовать о дыхательной недостаточности, а его снижение — о рестриктивной форме дыхательной недостаточности или ригидности грудной клетки.
В то же время потребность в кислороде у детей значительно выше, чем у взрослых, что зависит от более интенсивного обмена веществ. Так, у детей одного года жизни потребность в кислороде на 1 кг массы тела составляет приблизительно около 7,5-8 мл/мин, к 2 годам она несколько возрастает (8,5 мл/мин), к 6 годам достигает максимальной величины (9,2 мл/мин), а затем постепенно снижается (в 7 лет — 7,9 мл/мин, 9 лет — 6,8 мл/мин, 10 лет — 6,3 мл/мин, 14 лет — 5,2 мл/мин). У взрослого она составляет всего 4,5 мл/мин на 1 кг массы тела.
Поверхностный характер дыхания, его неритмичность компенсируются большей частотой дыхания (f). Так, у новорожденного — 40-60 дыханий в 1 мин, у годовалого — 30-35, у 5-летнего — 25, 10-летнего — 20, у взрослого — 16-18 дыханий в 1 мин. Частота дыхания отражает компенсаторные возможности организма, но в сочетании с малым дыхательным объемом тахипноэ свидетельствует о дыхательной недостаточности.
Благодаря большей частоте дыхания минутный объем дыхания на 1 кг массы тела значительно выше у детей, особенно раннего возраста, чем у взрослых (табл. 7),
Таблица 7. Минутный объем дыхания у детей
| Показатели | Возраст | |||||||||
| новорожденные | 3 мес | 6 мес | 1 год | 3 года | 6 лет | 11 лет | 14 лет | взрослые | ||
| МОД, смЗ МОД, на 1 кг массы тела | 1500 208 | 2200 220 | 2900 200 | 3200 168 | 4200 140 | 5000 128 |
Как видно из табл. 7, у детей до 3 лет минутный объем дыхания почти в 1,5 раза больше, чем у 11-летнего ребенка, и в 2 с лишним раза, чем у взрослого.
Наблюдения за здоровыми и детьми, больными пневмонией, показали, что при низких температурах (0-5°С) отмечается урежение дыхания при сохранении его глубины, что является, по-видимому, наиболее экономным и эффективным дыханием в смысле обеспечения организма кислородом. Интересно отметить, что теплая гигиеническая ванна вызывает повышение легочной вентиляции в 2 раза, причем это повышение происходит преимущественно за счет нарастания глубины дыхания. Отсюда становится вполне понятным предложение А. А. Киселя (выдающегося советского педиатра) широко использовать лечение пневмоний холодным свежим воздухом, которое им было сделано еще в 20-х годах и которое получило широкое распространение в педиатрии.
Жизненная емкость легких (ЖЕЛ, Vc), т. е. количество воздуха (в миллилитрах), максимально выдыхаемого после максимального вдоха (определяется спирометром), у детей значительно ниже, чем у взрослых (табл. 8).
Таблица 8. Жизненная емкость легких
| Возраст | ЖЕЛ, мл | Объемы, мл | ||
| дыхательный | резервный выдох | резервный вдох | ||
| 4 года | ||||
| 6 лет | ||||
| 8 » | ||||
| 10 » | ||||
| 12 » | ||||
| 14 » | ||||
| 16 » | ||||
| Взрослый |
Если сравнить величины жизненной емкости легких с объемом дыхания в спокойном положении, то оказывается, что дети в спокойном положении используют лишь около 12,5% ЖЕЛ.
Резервный объем вдоха (РОВД, IRV) — максимальный объем воздуха (в миллилитрах), который можно дополнительно вдохнуть после спокойного вдоха.
Для его оценки имеет большее значение отношение РОВД к ЖЕЛ (Vc). У детей в возрасте от 6 до 15 лет РОВД/ЖЕЛ колеблется от 55 до 59%. Снижение этого показателя наблюдается при рестриктивных (ограничительных) поражениях, особенно при снижении эластичности легочной ткани.
Резервный объем выдоха (РОВЫД, ERV) — максимальный объем воздуха (в миллилитрах), который можно выдохнуть после спокойного вдоха. Так же как и резервный объем вдоха, для оценки РОВЫД (ERV) имеет значение его отношение к ЖЕЛ (Vc). У детей в возрасте от 6 до 15 лет РОВЫД/ЖЕЛ составляет 24—29% (увеличивается с возрастом).
Жизненная емкость легких уменьшается при диффузных поражениях легких, сопровождающихся снижением эластической растяжимости легочной ткани, при увеличении бронхиального сопротивления или уменьшении дыхательной поверхности.
Форсированная жизненная емкость легких (ФЖЕЛ, FEV), или объем форсированного выдоха (ОФВ, л/с) — количество воздуха, которое может быть выдохнуто при форсированном выдохе после максимального вдоха. Индекс Тиффно (FEV в %) — отношение ОФВ к ЖЕЛ (FEV%) и в норме за 1 с ОФВ составляет не менее 70% фактической ЖЕЛ.
Максимальная вентиляция легких (МВЛ, Vmax), или предел дыхания, — максимальное количество воздуха (в мл), которое может быть провентилировано за 1 мин. Обычно этот показатель исследуется в течение 10 с, так как могут возникнуть признаки гипервентиляции (головокружение, рвота, обморочное состояние).
Максимальная вентиляция легких, или предел дыхания, у детей значительно меньше, чем у взрослых.
|
Величины предела дыхания
И резерва дыхания
У здоровых детей
| Возраст, годы | Средние данные, л/мин |
| Возраст, годы | Резерв дыхания, л/мин |
| 38,5 | |
| 36,4 | |
| 38,2 | |
| 41,9 | |
| 43,7 | |
| 50,4 | |
| 56,3 | |
| 46,2 | |
| 63,1 | |
| 69,6 |
Транспорт кислорода от легких к тканям осуществляется кровью в основном в виде химического соединения с гемоглобином – оксигемоглобина и в меньшей мере в растворенном состоянии. 1 г гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Следовательно, от количества гемоглобина зависит объем связанного кислорода. Поскольку у новорожденных в течение первых дней жизни содержание гемоглобина (НЬ) выше, чем у взрослых, то кислородо-связывающая способность крови у них выше. Это позволяет новорожденному пережить критический период — период становления легочного дыхания. Этому также способствует более высокий уровень фетального гемоглобина (HbF), который обладает большим сродством к кислороду, чем гемоглобин взрослого (НbА). После установления легочного дыхания содержание HbF в крови ребенка быстро уменьшается. Однако при гипоксии и анемиях количество HbF вновь может увеличиваться. Это как бы компенсаторное приспособление, оберегающее организм (особенно жизненно важные органы) от гипоксии.
Способность к связыванию кислорода гемоглобином также определяется температурой, рН крови и содержанием углекислого газа. При повышении температуры, снижении рН и нарастании рСО2 кривая связывания смещается вправо.
Растворимость кислорода в 100 мл крови при рО2, равном 100 мм рт. ст., составляет всего 0,3 мл. Растворимость кислорода в крови значительно возрастает при повышении давления. Повышение давления кислорода до 3 атм обеспечивает растворение 6% кислорода, что достаточно для поддержания тканевого дыхания в состоянии покоя без участия получения кислорода из оксигемоглобина. Этим приемом (оксибаротерапией) в настоящее время пользуются в клинике.
Кислород капиллярной крови диффундирует в ткани также благодаря градиенту давления кислорода в крови и клетках (в артериальной крови давление кислорода составляет 90 мм рт. ст., в митохондриях клеток оно составляет всего 1 мм рт. ст.).
Особенности тканевого дыхания изучены значительно хуже, чем остальные этапы дыхания. Однако можно предполагать, что интенсивность тканевого дыхания у детей выше, чем у взрослых. Это косвенно подтверждается более высокой активностью ферментов крови у новорожденных по сравнению с взрослыми. Одной из существенных особенностей обмена веществ у детей раннего возраста является увеличение доли анаэробной фазы обмена веществ по сравнению с таковой у взрослых.
Парциальное давление углекислого газа в тканях выше, чем в плазме, вследствие непрерывности процессов окисления и освобождения углекислого газа, поэтому Н2СО3 легко поступает из тканей в кровь. В крови Н2СО3 находится в виде свободной углекислоты, связанной с белками эритроцитов, бикарбонатов. При рН крови 7,4 отношение свободной углекислоты (Н2СО3) к связанной в виде бикарбоната (NaHCO3) всегда составляет 1:20. Реакция связывания углекислого газа в крови с образованием Н2СО3, бикарбоната и, наоборот, выделение углекислоты из соединений в легочных капиллярах катализируется ферментом карбоангидразой, действие которой определяет рН среды. В кислой среде (т. е. в клетках, венозной крови) карбоангидраза способствует связыванию углекислого газа, а в щелочной (в легких), наоборот, разложению и выделению его из соединений.
Активность карбоангидразы у недоношенных новорожденных составляет 10%, а у доношенных — 30% активности взрослых. Ее активность медленно повышается и лишь к концу первого года жизни достигает норм взрослого человека. Это объясняет тот факт, что при различных заболеваниях (особенно легочных) у детей чаще наблюдается гиперкапния (накопление углекислого газа в крови).
Таким образом, процесс дыхания у детей имеет ряд особенностей. Они в значительной мере определяются анатомическим строением органов дыхания. Кроме того, у детей раннего возраста более низкая эффективность дыхания.
Все изложенные анатомические и функциональные особенности системы органов дыхания создают предпосылки к более легкому нарушению дыхания, что ведет к дыхательной недостаточности у детей.