Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка)

Подождите немного. Документ загружается.

или уплощением диафрагмы, различают реберный (грудной) и

диафрагмальный (брюшной) типы дыхания. При грудном типе

дыхания диафрагма смещается пассивно в соответствии с изме-

нением внутригрудного давления. При брюшном типе мощные

сокращения диафрагмы сильно смещают органы брюшной поло-

сти, поэтому при вдохе живот «выпячивается». Становление типа

дыхания происходит в возрасте 5—7 лет, причем у девочек оно

становится, как правило, грудным, а у мальчиков — брюшным.

Легочная вентиляция. Чем крупнее организм и чем сильнее ра-

ботают дыхательные мышцы, тем большее количество воздуха

проходит через легкие за каждый дыхательный цикл. Для оценки

легочной вентиляции измеряют минутный объем дыхания, т.е.

среднее количество воздуха, которое проходит через дыхательные

пути за 1 мин. В покое у взрослого человека эта величина составля-

ет 5—6 л/мин. У новорожденного ребенка минутный объем дыха-

ния составляет 650—700 мл/мин, к концу 1 года жизни достигает

2,6—2,7 л/мин, к 6 годам — 3,5 л/мин, в 10 лет — 4,3 л/мин, а у

подростков — 4,9 л/мин. При физической нагрузке минутный объем

дыхания может очень существенно увеличиваться, достигая у

юношей и взрослых 100 л/мин и более.

Частота и глубина дыхания. Дыхательный акт, состоящий из

вдоха и выдоха, имеет две основные характеристики — частоту и

глубину. Частота — это количество дыхательных актов в минуту.

У взрослого человека эта величина обычно составляет 12—15, хотя

она может изменяться в широких пределах. У новорожденных ча-

стота дыхания во время сна достигает 50—60 в минуту, к годова-

лому возрасту снижается до 40—50, затем по мере роста происхо-

дит постепенное снижение этого показателя. Так, у детей младшего

школьного возраста частота дыхания составляет обычно около 25

циклов в минуту, а у подростков — 18—20. Прямо противополож-

ную тенденцию возрастных изменений демонстрирует дыхатель-

ный объем, т.е. мера глубины дыхания. Он представляет собой

среднее количество воздуха, которое поступает в легкие за каж-

дый дыхательный цикл. У новорожденных он очень мал — всего

30 мл или даже меньше, к годовалому возрасту увеличивается

до 70 мл, в 6 лет становится свыше 150 мл, к 10 годам достигает

240 мл, в 14 лет — 300 мл. У взрослого дыхательный объем в покое

не превышает 500 мл. Минутный объем дыхания представляет со-

бой произведение дыхательного объема на частоту дыхания.

Если человек выполняет любую физическую нагрузку, ему тре-

буется дополнительное количество кислорода, соответственно

увеличивается минутный объем дыхания. У детей до 10 лет это

увеличение обеспечивается в основном учащением дыхания, ко-

торое может стать в 3—4 раза более частым, чем дыхание в покое,

тогда как дыхательный объем увеличивается только в 1,5—2 раза.

У подростков, а тем более у взрослых увеличение минутного объема

151

осуществляется главным образом за счет дыхательного объема,

который может увеличиться в несколько раз, а частота дыхания

обычно не превышает 50—60 циклов в минуту. Считается, что та-

кой тип реакции системы дыхания более экономичен. По различ-

ным критериям эффективность и экономичность внешнего дыха-

ния с возрастом существенно увеличивается, достигая максималь-

ных величин у юношей и девушек 18—20 лет. При этом дыхание

юношей, как правило, организовано более эффективно, чем у

девушек. На эффективность дыхания и его экономичность боль-

шое влияние оказывает физическая тренированность, особенно в

тех видах спорта, в которых кислородное обеспечение играет ре-

шающую роль. Это стайерский бег, лыжи, плавание, гребля, ве-

лосипед, теннис и другие виды, связанные с проявлением вы-

носливости.

При выполнении циклической нагрузки ритм дыхания обычно

«подстраивается» под ритм сокращения скелетных мышц — это

облегчает работу дыхания и делает ее более эффективной. У детей

усвоение ритма движений дыхательной мускулатурой происходит

инстинктивно без вмешательства сознания, однако учитель мо-

жет помочь ребенку, что способствует быстрейшей адаптации к

такого рода нагрузке.

При выполнении силовой и статической нагрузки наблюдает-

ся так называемый феномен Линдгардта — задержка дыхания во

время натуживания с последующим увеличением частоты и глу-

бины дыхания после снятия нагрузки. Не рекомендуется исполь-

зовать тяжелые силовые и статические нагрузки в тренировке и

физическом воспитании детей до 13—14 лет, в том числе и по

причине незрелости системы дыхания.

Спирограмма. Если на пути воздуха, входящего в легкие и вы-

ходящего из них, установить резиновые меха или легкий коло-

кол, погруженный в воду, то благодаря действию дыхательных

мышц это приспособление будет увеличивать свой объем при вы-

дохе и уменьшать при вдохе. Если все соединения при этом будут

герметичны (для герметизации ротовой полости используют спе-

циальный резиновый загубник или маску, надеваемую на лицо),

то можно, прикрепив к подвижной части устройства пишущий

инструмент, записать все дыхательные движения. Такой прибор,

изобретенный еще в XIX в., называется спирограф, а сделанная с

его помощью запись — спирограмма (рис. 23). С помощью спиро-

граммы, сделанной на бумажной ленте, можно количественно из-

мерить важнейшие характеристики внешнего дыхания человека.

Легочные объемы и емкости. Благодаря спирограмме можно на-

глядно увидеть и измерить различные легочные объемы и емко-

сти. Объемами в физиологии дыхания принято называть те пока-

затели, которые динамически изменяются в процессе дыхания и

характеризуют функциональное состояние системы дыхания. Ем-

152

кость — это не изменяе-

мый в короткое время ре-

зервуар, в рамках которо-

го происходит дыхатель-

ный цикл и газообмен.

Точкой отсчета для всех

легочных объемов и ем-

костей является уровень

спокойного выдоха.

Легочные объемы. В покое

дыхательный объем мал по

сравнению с общим объе-

мом воздуха в легких. По-

этому человек может как

вдохнуть, так и выдохнуть

большой дополнительный

объем воздуха. Эти объемы

носят название соответ-

ственно резервный объем

вдоха и резервный объем

выдоха. Однако даже при

самом глубоком выдохе в

альвеолах и воздухоносных

путях остается некоторое

количество воздуха. Это —

так называемый остаточ-

ный объем, который не

измеряется с помощью

спирограммы (для его из-

мерения используется до-

статочно сложная техника

и расчеты, применяются

инертные газы). У взросло-

го человека он составляет

около 1,5 л, у детей — су-

щественно меньше.

Жизненная емкость лег-

ких. Суммарная величина

резервного объема вдоха,

дыхательного объема и

резервного объема выдо-

ха составляет жизненную

емкость легких (ЖЕН) — один из наиболее важных показателей

состояния системы дыхания. Для ее измерения используются раз-

нообразной конструкции спирометры, в которые необходимо сде-

лать максимально глубокий выдох после максимально глубокого

Рис. 23. Спирограмма: емкость легких

и ее компоненты

А — схема спирограммы: 1 — резервный объем

вдоха; 2 — дыхательный объем; 3 — резерв-

ный объем выдоха; 4 — остаточный объем;

5 — функциональная остаточная емкость; 6 —

емкость вдоха; 7 — жизненная емкость; 8 —

общая емкость легких;

Б — объемы и емкости легких: /— юные спорт-

смены; // — нетренированные школьники

(средний возраст 13 лет) (по А. И.Осипову,

1964). Цифры над столбиками — средние вели-

чины общей емкости. Цифры в столбиках —

средние величины легочных объемов в про-

центах от общей емкости; цифры слева от

столбиков соответствуют обозначениям на

спирограмме

153

вдоха — это и будет ЖЕЛ. ЖЕЛ зависит от размеров тела, а пото-

му и от возраста, а также весьма существенно зависит от функ-

ционального состояния и физической тренированности организма

человека. У мужчин ЖЕЛ выше, чем у женщин, если ни те, ни

другие не занимаются спортом, особенно упражнениями на вы-

носливость. Величина ЖЕЛ существенно различается у людей раз-

ного телосложения: у брахиморфных типов она сравнительно мала,

а у долихоморфных — очень велика. Принято использовать ЖЕЛ в

качестве одного из показателей физического развития детей школь-

ного возраста, а также призывников. Измерить ЖЕЛ можно толь-

ко при активном и сознательном участии ребенка, поэтому дан-

ные о детях до 3-летнего возраста практически отсутствуют.

Таблица 9

Жизненная емкость легких у детей и подростков (в мл)

Пол

Мальчики

Девочки

Возраст, годы

1200

900

1200

1000

1200

1100

1400

1200

1440

1360

1630

1460

1975

1905

2600

2530

3520

2760

Несмотря на свое название, ЖЕЛ не отражает параметров ды-

хания в реальных, «жизненных» условиях, так как ни при каких

нагрузках человек не дышит, используя полностью резервный

объем вдоха и резервный объем выдоха.

Другие емкости. То пространство легких, которое может быть

занято воздухом в случае максимально полного вдоха после спо-

койного выдоха, называется емкость вдоха. Эта емкость складыва-

ется из дыхательного объема и резервного объема вдоха.

Резервный объем выдоха и остаточный объем, который никог-

да не может быть выдохнут, вместе составляют функциональную

остаточную емкость (ФОЕ) легких. Физиологический смысл ФОЕ

состоит в том, что она играет роль буферной зоны. Благодаря ее

наличию в альвеолярном пространстве сглаживаются колебания

концентраций О

и СО

в процессе дыхания. Это стабилизирует

функцию легочного газообмена, обеспечивая равномерный поток

кислорода из альвеолярного пространства в кровяное русло, а уг-

лекислого газа — в обратном направлении.

Общая емкость легких представляет собой сумму ЖЕЛ и оста-

точного объема, либо всех четырех объемов легких: дыхательного,

остаточного, резервных объемов вдоха и выдоха. Общая емкость

легких с возрастом увеличивается пропорционально размерам тела.

Управление дыханием. Дыхание — одна из тех функций организ-

ма, которые, с одной стороны, осуществляются автоматически,

с другой — могут подчиняться сознанию. Автоматическое дыхание

154

обеспечивается дыхательным центром, расположенным в продол-

говатом мозге. Разрушение дыхательного центра ведет к остановке

дыхания. Ритмически возникающие в дыхательном центре импуль-

сы возбуждения передаются по центробежным нейронам к дыха-

тельным мышцам, обеспечивая чередование вдоха и выдоха. Счи-

тается, что возникновение периодических импульсов в дыхатель-

ном центре обусловлено циклическими обменными процессами в

нейронах, из которых состоит эта область головного мозга. Актив-

ность дыхательного центра регулируется большим числом врож-

денных и приобретенных рефлексов, а также импульсами от хемо-

рецепторов, контролирующих напряжение кислорода, углекисло-

го газа и уровень рН в крови, и механорецепторов, отслеживающих

степень растяжения дыхательных мышц, легочной ткани и множе-

ство других параметров. Рефлекторные дуги устроены таким обра-

зом, что завершение вдоха стимулирует начало выдоха, а конец

выдоха является рефлекторным стимулом для начала вдоха.

В то же время все эти рефлексы могут быть на некоторое время

подавлены за счет активности коры больших полушарий, которая

может взять на себя управление дыханием. Такое дыхание называ-

ется произвольным. В частности, оно используется при выполнении

упражнений дыхательной гимнастики, при нырянии, при попада-

нии в условия загазованности или задымленности и в других случа-

ях, когда требуется адаптация к редко встречающимся факторам.

Однако при произвольной задержке дыхания рано или поздно ды-

хательный центр принимает на себя управление этой функцией и

выдает императивный стимул, с которым сознание справиться не

может. Это бывает тогда, когда достигнут порог чувствительности

дыхательного центра. Чем более зрел и более физически трениро-

ван организм, тем выше этот порог, тем большие отклонения в

гомеостазе может выдержать дыхательный центр. Специально на-

тренированные ныряльщики, например, способны задерживать

дыхание на 3—4 мин, иногда даже на 5 мин — время, необходимое

им для спуска на значительную глубину под воду и поиска там

нужного объекта. Так, например, добывают морской жемчуг, ко-

раллы, губку и некоторые другие «дары моря». У детей сознатель-

ное управление дыхательным центром возможно после прохожде-

ния полуростового скачка, т.е. после 6—7 лет, обычно именно в

этом возрасте дети приучаются нырять и плавать теми стилями,

которые связаны с задержкой дыхания (кроль, дельфин).

Момент рождения человека — это момент его первого вдоха.

Ведь в утробе матери функция внешнего дыхания не могла осуще-

ствляться, а потребность в кислороде обеспечивалась за счет его

поставки через плаценту из материнского организма. Поэтому, хотя

к моменту рождения функциональная система дыхания в норме

полностью созревает, она обладает целым рядом особенностей,

связанных с актом рождения и условиями жизни в период ново-

155

рожденности. В частности, активность дыхательного центра у де-

тей в этот период сравнительно низкая и неустановившаяся, по-

этому нередко первый вдох ребенок делает не сразу после выхода

из родовых путей, а через несколько секунд или даже минут. Иногда

для инициации первого вдоха достаточно простого шлепка по яго-

дицам ребенка, но иногда апноэ (отсутствие дыхания) затягива-

ется, и если это длится несколько минут, может перейти в состо-

янии асфиксии. Будучи достаточно типичным осложнением

процесса родов, асфиксия крайне опасна своими последствиями:

кислородное голодание нервных клеток может привести к нару-

шению их нормальной работы. Вот почему нервная ткань ново-

рожденных гораздо менее чувствительна к недостатку кислорода

и избытку кислых продуктов метаболизма. Тем не менее длитель-

ная асфиксия (десятки минут) ведет к значительным нарушени-

ям деятельности центральной нервной системы, которые могут

сказываться иногда в течение всей последующей жизни.

К возрасту 2—3 лет чувствительность дыхательного центра у

детей резко возрастает и становится выше, чем у взрослых. В даль-

нейшем она постепенно снижается, вплоть до 10—11 лет. В под-

ростковом возрасте вновь отмечается временное увеличение чув-

ствительности дыхательного центра, которое устраняется с за-

вершением пубертатных процессов.

Возрастные изменения структуры и функциональных возможно-

стей органов дыхания. С возрастом все анатомические составляю-

щие системы дыхания увеличиваются в размерах, что и определя-

ет во многом направленность функциональных возрастных изме-

нений. Абсолютные характеристики анатомических просветов

трахеи и бронхов, бронхиол, альвеол, общей емкости легких и ее

составляющих увеличиваются приблизительно пропорционально

увеличению площади поверхности тела. В то же время более высо-

кая интенсивность метаболических, в том числе окислительных,

процессов в раннем возрасте требует повышенного поступления

кислорода, поэтому относительные показатели системы дыхания

отражают значительно большее его напряжение у детей раннего

возраста — примерно до 10—11 лет. Однако, несмотря на явно

меньшую экономичность и эффективность, дыхательная система

у детей работает столь же надежно, как и у взрослых. Этому благо-

приятствует, в частности, большая диффузионная способность

легких, т.е. лучшая проницаемость альвеол и капилляров для мо-

лекул кислорода и углекислого газа.

Транспорт газов кровью

Поступивший в организм через легкие кислород должен быть

доставлен к его потребителям — всем клеткам тела, находящимся

156

иногда на расстоянии десятков сантиметров (а у некоторых круп-

ных животных — нескольких метров) от «источника». Процессы

диффузии не способны транспортировать вещество на такие рас-

стояния с достаточной для потребностей клеточного метаболизма

скоростью. Наиболее рациональным способом транспортировки

жидкостей и газов является использование трубопроводов. Чело-

век в своей хозяйственной деятельности давно и широко исполь-

зует трубопроводы везде, где требуется постоянное перемеще-

ние значительных количеств воды, нефти, природного газа и

многих других веществ. Для того чтобы противостоять силе гра-

витации, а также преодолеть силу трения в трубах, по которым

течет жидкость, человек изобрел насос. А чтобы жидкость текла

только в нужном направлении, не возвращаясь обратно в мо-

мент снижения напора в трубопроводе, были изобретены клапа-

ны — устройства, похожие на двери, открывающиеся только в

одну сторону.

Совершенно так же устроена и главная транспортная система

человеческого организма — система кровообращения. Она состоит

из труб-сосудов, насоса-сердца и многочисленных клапанов, кото-

рые обеспечивают однонаправленность движения крови через сердце

и не допускают обратного тока крови в венах. Разветвляясь на мель-

чайшие трубочки — капилляры, кровеносные сосуды доходят прак-

тически до каждой клетки, снабжая их питательными веществами

и кислородом и забирая продукты их жизнедеятельности, которые

нужны другим клеткам или от которых организму необходимо

избавиться. Система кровообращения у млекопитающих и челове-

ка представляет собой замкнутую сеть сосудов, через которую

проходит единый ток крови, обеспечиваемый циклическим со-

кращением сердечной мышцы. Поскольку задача кислородного

обеспечения клеток стоит первой в ряду жизненно важных задач,

система кровообращения высших животных и человека специаль-

но приспособлена к наиболее эффективному газообмену в воз-

душной среде. Это обеспечивается разделением замкнутого сосу-

дистого трубопровода на два изолированных круга — малый и боль-

шой, первый из которых обеспечивает газообмен между кровью и

окружающей средой, а второй — между кровью и клетками тела.

Малый и большой круги кровообращения (рис. 24). Артериями на-

зываются те сосуды, которые несут кровь от сердца к органам и

тканям. Они имеют прочную и довольно толстую стенку, которая

должна выдерживать большие давления, создаваемые работой серд-

ца. Постепенно разветвляясь на все более мелкие сосуды — арте-

риолы и капилляры — артерии приносят кровь ко всем тканям.

Выносящие кровь из тканей сосуды называются венами. Они фор-

мируются по мере слияния и укрупнения более мелких сосудов —

капилляров и венул. Вены не отличаются мощностью своих сте-

нок и легко спадаются, если в них нет крови, поскольку им не

157

Вены верхней

половины тела

Верхняя полая вена

Артерии верхней

половины тела

Левое предсердие

Правое предсердие

Правый желудочек

Печеночные вены

Нижняя полая

вена

Вены нижней

половины тела

Левый

желудочек

Печеночная

артерия

Аорта

Артерии нижней

половины тела

Рис. 24. Схема кровообращения

приходится сталкиваться с большим кровяным давлением. Чтобы

ток крови не мог идти в обратном направлении, в венах имеются

специальные клапаны, задерживающие кровь, если что-то за-

ставляет ее двигаться в обратном направлении. Благодаря такой

конструкции вены, протекающие через скелетные мышцы, рабо-

тают в качестве дополнительных насосов: сокращаясь, мышцы вы-

талкивают из вен кровь, а расслабляясь, позволяют новой пор-

ции крови войти в вены. Поскольку движение крови в них может

быть только в одном направлении — к сердцу — такой «мышеч-

ный насос» вносит значительный вклад в кровообращение при

мышечной нагрузке.

Малый круг кровообращения начинается от правого желудоч-

ка, из которого выходит легочная артерия. Практически сразу она

делится на два потока — к правому и левому легкому. Достигнув

легких, легочные артерии разделяются на множество капилляров,

тончайшие из которых омывают отдельные легочные пузырьки

(альвеолы). Именно здесь происходит обмен газами между кровью

158

и воздухом, находящимся в альвеолах. Для облегчения газообмена

легочные капилляры состоят всего из одного слоя клеток.

В отличие от всех других артерий организма, легочные артерии

несут в себе бедную кислородом и насыщенную углекислым га-

зом кровь. Такая кровь называется «венозной», поскольку она те-

чет в венах всего тела (за исключением легочных вен). Эта кровь

уже прошла по сосудам большого круга кровообращения, отдала

содержавшийся в ней кислород и собрала углекислоту, от кото-

рой нужно избавиться в легких.

Выходящие из легких вены, напротив, несут «артериальную»,

т.е. насыщенную кислородом и практически свободную от угле-

кислого газа кровь. Таким образом, малый круг кровообращения

принципиально отличается от большого круга направлением дви-

жения насыщенной кислородом крови.

Легочные вены несут обогащенную кислородом кровь в левое

предсердие. Наполнившись кровью, предсердие сокращается, про-

талкивая эту порцию крови в левый желудочек. Оттуда и начина-

ется большой круг кровообращения.

Из левого желудочка выходит самый крупный в организме кро-

веносный сосуд — аорта. Это довольно короткая, но очень мощ-

ная трубка, способная выдерживать весьма большие перепады

давлений, возникающие в процессе периодических сокращений

сердца. Еще в грудной клетке аорта делится на несколько круп-

нейших артерий, одни из которых несут богатую кислородом ар-

териальную кровь к голове и органам верхней части тела, а дру-

гие — к органам нижней части тела. От крупных магистральных

сосудов последовательно отделяются все новые более мелкие со-

суды, несущие кровь к отдельным участкам тела. Таким образом,

как к головному мозгу, так и к другим важнейшим органам всегда

поступает свежая, насыщенная кислородом кровь.

Единственным исключением из этого правила является печень,

в которой артериальная и венозная кровь смешиваются. Однако

это имеет глубокий физиологический смысл. С одной стороны,

печень получает свежую артериальную кровь по печеночной арте-

рии, т.е. ее клетки полностью обеспечиваются необходимым ко-

личеством кислорода. С другой стороны, в печень входит так на-

зываемая воротная вена, которая несет с собой питательные

вещества, всосавшиеся в кишечнике. Вся кровь, оттекающая от

кишечника, проходит через печень — главный орган защиты от

разного рода токсинов и опасных веществ, которые могли всо-

саться в пищеварительном тракте. Мощные окислительные систе-

мы печени «сжигают» все подозрительные молекулы, превращая

их в неопасные продукты метаболизма.

От всех органов кровь собирается в вены, которые, сливаясь,

образуют все более крупные объединенные сосуды. Нижняя по-

лая вена, собирающая кровь из нижней части тела, и верхняя

159

Рис. 25. Строение сердца

полая вена, в которую стекается кровь из верхней части тела,

впадают в правое предсердие, а оттуда выталкиваются в правый

желудочек. С этого момента кровь вновь попадает в малый круг

кровообращения.

Лимфатическая система. Второй транспортной системой орга-

низма является сеть лимфатических сосудов. Лимфа практически

не участвует в транспорте кислорода, но имеет большое значе-

ние для распределения по организму питательных веществ (осо-

бенно — липидов), а также для защиты организма от проникно-

вения чужеродных тел и опасных микроорганизмов. Лимфатиче-

ские сосуды по своему устройству похожи на вены, они также

имеют внутри себя клапаны, обеспечивающие однонаправленный

ток жидкости, но, кроме того, стенки лимфатических сосудов

способны к самостоятельному сокращению («лимфатические сер-

дца»). Не имея центрального насоса, лимфатическая система обес-

печивает перемещение жидкости благодаря этим лимфатическим

сердцам и сокращению скелетных мышц. На пути лимфатических

сосудов, особенно в местах их слияния, образуются лимфатиче-

ские узлы, выполняющие главным образом защитные (иммун-

ные) функции. Отрицательное давление, создающееся в грудной

полости при вдохе, также работает в качестве силы, толкающей

лимфу по направлению к грудной клетке, где лимфатические про-

токи впадают в вены. Таким образом, лимфатическая система объ-

единяется с системой кровообращения в единую транспортную

сеть организма.

Сердце и его возрастные особенности. Главный насос крове-

носной системы — сердце — представляет собой мышечный ме-

шок, разделенный на 4 камеры: два предсердия и два желудочка

(рис. 25). Левое предсердие соединено с левым желудочком отвер-

стием, в створе которого располагается митральный клапан. Пра-

вое предсердие соединено с правым желудочком отверстием, ко-

торое закрывает трехстворчатый клапан. Правая и левая половины

160