Будова органів дихання

Носова порожнина. Дихальна система починається носовою порожни­ною, розділеною поздовжньою перегородкою на дві половини, кожна з яких в свою чергу ділиться трьома носовими раковинами — верхньою, середньою і нижньою — на носові ходи. Носові ходи у дітей порівняно вужчі, ніж у дорослих, і остаточно формуються в 14—15 років.

Вдихуване повітря проникає в порожнину носа через два передніх отвори — ніздрі, і, пройшовши по носових ходах, виходить з носової порож­нини в носоглотку через два задні отвори — хоани. В носову порожнину відкривається слізний канал, по якому надлишок сліз стікає в носову порож­нину і додатково зволожує слизову оболонку. Носова порожнина має багато додаткових порожнин, розміщених у великих кістках, що утворюють ніс, і сполучених з носовою порожниною спеціальними отворами. Ці додаткові порожнини, або пазухи, містяться в тілі верхньої щелепи — верхньощелепна, або гайморова порожнина, в клиновидній кістці — клиновидна пазуха, в решітчастій — решітчастий лабіринт, в лобовій кістці — лобова пазуха. В дітей дошкільного віку всі ці порожнини розвинені недостатньо. А лобова пазуха остаточно формується лише в 15 років. Носова порожнина вистеле­на слизовою оболонкою, яка має густу сітку кровоносних судин і вкрита миготливим епітелієм. В епітеліальному покриві багато бокаловидних клі­тин і залозок, які виділяють слиз. Слизова оболонка пронизана густою сіткою кровоносних судин і тому має добре кровопостачання, завдяки чому поверхня слизової оболонки завжди тепла. Проходячи по носових ходах, вдихуване повітря зігрівається, зволожується і частково очищається від пилу та мікроорганізмів. Завдяки коливним рухам війок миготливого епітелію, слиз разом з прилиплими до нього пилинками та мікробами видаляється з носової порожнини у носоглотку.

У слизі носової порожнини є лейкоцити, які виходять на поверхню слизової оболонки з кровоносних судин. Завдяки фагоцитарній здатності, лейкоцити знищують мікробів, що потрапляють в носову порожнину з вдихуваним повітрям. Згубно діє на мікроби наявна в складі слизу речовина — лізоцим. Пригнічуючи життєдіяльність мікробів, лізоцим зменшує небез­пеку їх для організму.

Дихання можливе не тільки через ніс, але й через рот. Проте, про­ходячи через ротову порожнину, вдихуване повітря не може так очищатись, зігріватись і знешкоджуватись, як у носовій порожнині. Тому дуже важ­ливо дихати через ніс, а не через рот.

Слизова оболонка носової порожнини, як і розміщених нижче частин верхніх дихальних шляхів (носоглотки, гортані, трахеї, бронхів), у дітей дуже ніжна, легко пошкоджується і схильна до запалень. Дихальні шляхи у дітей значно вужчі, ніж у дорослих. Все це сприяє легшому проникненню інфекції в організм дитини. При запальних процесах у носі (при нежиті) слизова оболонка набухає, внаслідок чого утруднюється або ж і зовсім стає неможливим дихання через ніс, тому діти змушені дихати через рот. А це сприяє охолодженню дихальних шляхів аж до легень і проникненню у них мікробів та частинок пилу. З носової порожнини повітря проходить через хоани в порожнину носоглотки.

Носоглоткою називають верхній відділ глотки, по якому проходить повітря в гортань. У носоглотку відкриваються отвори євстахієвих труб, що йдуть з порожнини середнього вуха. Тут же містяться трубні і глоткові мигдалики.

У 4—10-річних дітей нерідко утворюються так звані аденоїдні розро­щення, тобто розрощення лімфатичної тканини (аденоїдної) в ділянці глотки, а також у носі. Вони можуть надавати голосу дитини гугнявості і утрудню­вати дихання. Крім того, аденоїдні розрощення можуть негативно впливати на загальний стан здоров’я і на працездатність дитини, тому їх необхідно лікувати. Зустрічаються аденоїдні розрощення і в підлітків. Із носоглотки повітря надходить в ротову частину глотки і далі в гортань.

Гортань. Гортань є не тільки відділом дихальних шляхів, а і голосовим апаратом. Розміщена гортань на передній поверхні шиї на рівні 4—6 шийних хребців, від яких відокремлена нижньою частиною глотки. Стінка її має хрящовий скелет, що складається з трьох великих непарних і трьох малих парних хрящів. До непарних хрящів належать щитовидний, персневидний і надгортанник. До парних — черпаку­ватий, ріжковидний і клиновидний. Найбільший хрящ гортані — щито­видний; його легко промацати на передній поверхні шиї — передній його виступ (кадик) лежить безпосередньо під шкірою. Над щитовидним хрящем міститься другий великий хрящ — надгортанник, який має велике значення для захисту дихальних шляхів від попадання в них їжі під час ковтання. Коли людина робить ковтальні рухи, гортань трохи піднімається, при цьому щитовидний хрящ тисне на нижній конус надгортанника і остан­ній закриває вхід у дихальне горло. Одночасно язичок м’якого піднебіння піднімається і закриває хоани. Таким чином, дихання під час ковтання при­пиняється і їжа не може попасти в дихальні шляхи.

Хрящі гортані сполучені один з одним суглобами та зв’язками і приво­дяться в рух численними м’язами, розміщеними в стінках гортані. Всере­дині гортань вистелена слизовою оболонкою. Сухожильними зв’язками гортань прикріплюється до під’язикової кістки, внаслідок чого вона руха­ється разом з рухами під’язикової кістки, опускаючись і піднімаючись, як це спостерігається, наприклад, під час ковтання.

В гортані містяться голосові зв’язки, від коливання яких виникає звук голосу. Голосові зв’язки мають вигляд складок, натягнутих в передньо-задньому напрямі і прикріплених кінцями до хрящів гортані. Дві справжні голосові зв’язки натягнуті від внутрішньої стінки щитовидного хряща до відростків черпакуватих хрящів. Вони складаються з еластичних волокон і м’язової тканини. Над ними розміщені дві несправжні голосові зв’язки. Складні рухи гортані, зв’язані з мовою, спричиняються скороченням м’я­зів, розташованих в її стінках. При напруженні голосових зв’язок щілина між ними звужується, внаслідок чого з силою виштовхуване з легень повітря спричиняє коливання голосових зв’язок, які й утворюють звук. Відтінки голосу залежать як від довжини і товщини голосових зв’язок, так і від будови порожнин рота і носа, які відіграють роль резонаторів.

У дітей молодшого шкільного віку гортань ще невелика, гортанні хрящі м’які, голосові зв’язки короткі і тонкі, тому голос, як при всяких ко­ротких струнах в музикальному інструменті, високий. Посилений ріст гортані починається з 5—6 років, а найінтенсивніше він відбувається, починаючи з 13—14 років. Гортанні хрящі стають товщі і щільніші. Одночасно із збіль­шенням гортані ростуть і стають довшими і товщими справжні голосові зв’яз­ки, внаслідок чого голос стає нижчим, а розвиток і зміна форми сусідніх порожнин глотки змінюють його дзвінкість і тембр.

У період статевого дозрівання у підлітків відбувається різка зміна голосу, яка особливо різко проявляється у хлопчиків («злам голосу»). У цей період, поки не встановиться голос, підліткам — хлопчикам і дівчаткам не рекомендується багато співати, щоб не подразнювати і не стомлювати їх голосовий апарат. Для нормального розвитку голосу в дітей необхідно охороняти дихальні шляхи, зокрема гортань, від простуди і перенапружень. Особливо відповідальним є період «зламу голосу». Взагалі для розвитку гортані і вправляння голосу в дітей велике значення має раціональне на­вчання їх співу, а також читання вголос і декламування з правильними наголосами та інтонацією. Все це сприяє також розвиткові грудної клітки та легень. Пройшовши гортань, повітря потрапляє в трахею.

Трахея. Трахея, або дихальне горло, являє собою трубку, що складається з 16—20 неповних хрящових кілець, звернених вільними кінцями назад. Хрящові кільця, що лежать одне над одним, з’єднані між собою перетинкою із сполучної тканини. Кінці кожного незамкненого хрящового кільця на задній стінці трахеї зв’язані гладенькими м’язами. Наявність м’язової смужки в стінці трахеї забезпечує вільне просування харчових грудок по стравоходу, який розташований позаду трахеї і паралельно з нею. Хрящові кільця, обмежовуючи трахею спереду і з боків, підтримують сталим її просвіт.

Слизова оболонка, що вистилає внутрішню поверхню трахеї, вкрита багаторядним миготливим епітелієм, в якому багато слизових бокаловидних клітин, що виділяють слиз. Як і в носовій порожнині, слиз безперервно рухається в напрямі до глотки. Цей рух викликається коливними рухами війок миготливого епітелію. Пилинки, що попадають у трахею, осідають на поверхні слизової оболонки і разом із слизом піднімаються вгору до глот­ки і заковтуються.

Бронхи. Нижній кінець трахеї на рівні IV—V грудних хребців поді­ляється на два первинні бронхи, з яких один заходить у праву легеню, а дру­гий — у ліву. Правий бронх коротший і товщий, лівий — довший і тонший. Через лівий бронх перекидається дуга аорти. Всередині легень первинні бронхи поділяються на вторинні, які далі багато разів галузяться, утворю­ючи так зване бронхіальне дерево. Найтонші розгалуження цього дерева (близько 1 мм в діаметрі) називаються бронхіолами. Останні закін­чуються тонкостінними альвеолярними ходами, стінки яких мають випини, що називаються альвеолами. Стінка альвеоли — це дуже тоненька перетинка, вистелена зсередини одношаровим епітелієм. Наявність еластичних воло­кон у стінці альвеоли сприяє її спаданню під час видиху. Розширення альвеол відбувається внаслідок розширення грудної клітки. Навколо аль­веол, щільно прилягаючи до їх стінок, розташована густа сітка кровоносних капілярів. Через стінки альвеол і кровоносних ка­пілярів відбувається об­мін газів між кров’ю та альвеолярним повітрям.

У легенях дорослої людини 700 млн. альвеол з загальною поверхнею 60—120 м². Така величезна поверхня забезпечує ве­лику швидкість газообміну в легенях.

У стінках великих бронхів як і в трахеї, є хря­щові кільця, побудовані з гіалінового хряща. У стін­ках бронхіол хряща немає, а є лише кільцевий шар гладеньких м’язів. Внут­рішня поверхня бронхів вистелена слизовою обо­лонкою, яка вкрита ми­готливим епітелієм.

У дітей трахея і брон­хи розвиваються поступо­во. Вони ростуть в основ­ному паралельно з ростом тулуба. Просвіт трахеї і бронхів у дітей знач­но вужчий, ніж у дорослих; хрящі їх ще не зміцнілі. М’язові і еластичні волокна розвинені слабо. Слизова оболонка, що вистилає трахею і бронхи, дуже ніжна і багата на кровоносні судини. Тому трахея і бронхи у дітей легше ушкоджуються, ніж у дорослих. Проникнення в них частинок пилу, а також хвороботворних бактерій для дітей значно небезпечніше, ніж для дорослих.

Легені. Легені розташовані в грудній порожнині, по боках серця. У просторі між легенями, який називається середостінням, розміщені трахея, стравохід, зобна залоза, серце, великі судини, лімфатичні вузли і деякі нерви. Форма легень нагадує зрізаний конус, основа якого має вгнутість, що відповідає опуклому куполові діафрагми. Права і ліва легені неодна­кові як за розмірами, так і за формою. Права легеня коротша і товща, а ліва довша і тонша. Кожна легеня закінчується звуженою верхівкою. Глибокими борознами кожна легеня ділиться на частки. Ліва легеня складається з двох часток, а права — з трьох. Кожна частка в свою чергу ділиться на частинки, яких буває кілька сот.

На вгнутій поверхні, зверненій до середостіння, містяться ворота легень, куди входять бронхи, артерії і нерви і звідки виходять вени і лім­фатичні судини. Зовнішня, опукла поверхня легень прилягає до ребер. Нижня, вгнута поверхня кожної легені опирається на купол діафрагми.

Ззовні кожна легеня вкрита сполучнотканинною оболонкою — плев­рою. Плевра складається з двох листків — легеневого, або вісцерального, який щільно зростається з тканиною легені, і пристінного, або парієтального, який вистилає внутрішню поверхню стінки грудної порожнини. Між обома листками є плевральна щілина, заповнена невеликою кількістю рі­дини, яка полегшує ковзання листків плеври під час дихальних рухів.

Легені в дітей розвинені ще недостатньо, альвеоли малі, слабо розви­нена в них еластична тканина. Кровонаповнення легень у дітей підвищене.

Легені дітей ростуть безперервно, причому спостерігається два періоди особливо енергійного їх росту: від народження до тримісячного віку, коли об’єм їх майже подвоюється, і в період статевого дозрівання (від 12 до 16 років включно). Легені новонародженої дитини важать близько 50 г, в 1 рік — 150 г і в 12 років — 500 г, у дорослих — майже 1 кг. Дихальна поверхня альвеол у дітей відносно більша, кількість крові, що протікає через легені за одиницю часу, також відносно більша, ніж у дорослих. Все це забезпечує підвищений газообмін, необхідний для посиленого об­міну речовин ростучого організму.

 

Механізм дихання

Процес дихання складається з двох фаз — вдиху і видиху.

Вдих. Вдих зумовлюється розширенням грудної порожнини внаслідок скорочення зовнішніх міжреберних м’язів та м’язів діафрагми. Відбувається це так. Коли скорочуються зовнішні міжреберні м’язи, то ребра по­вертаються і піднімаються, розходячись в обидва боки і заносячи свої пе­редні кінці разом з грудниною трохи вперед. Внаслідок цього об’єм грудної порожнини збільшується в передньозадньому і бічному напрямах. Одно­часно з зовнішніми міжреберними м’язами скорочуються і м’язи діафрагми, купол її, звернений у грудну порожнину, опускається і стає більш плоским, від чого збільшується розмір грудної порожнини у вертикальному напрямі. Опускаючись, діафрагма тисне на органи черевної порожнини, відтісняє їх вниз і вперед, що спричиняє випинання стінки черевної порожнини. Тому при диханні черевна стінка ритмічно випинається.

Між грудною стінкою і поверхнею легень (між парієтальним і вісце­ральним листками плеври) лежить плевральна щілина з негативним тиском. Плевральна щілина закрита герметичне, тому при розширенні грудної клітки слідом за її стінками ідуть і легені, які, завдяки еластичності їх тканини, легко розтягуються. В розтягнутих легенях тиск повітря падає нижче від атмосферного. Грудна порожнина герметичне закрита і з навко­лишнім середовищем сполучається тільки через дихальні шляхи. Тому при наявності різниці тиску між атмосферним і легеневим повітрям зовнішнє повітря заходить у легені, тобто відбувається вдих.

Таким чином, вдих — процес активний: він є наслідком скорочення дихальних м’язів.

Видих. На відміну від вдиху, звичайний видих — пасивний процес: він відбувається внаслідок зменшення об’єму грудної порожнини після розслаблення м’язів, що скоротились під час вдиху. При звичайному видиху м’язи, які забезпечили вдих, розслаблюються. Внаслідок розслаблення зовнішніх міжреберних м’язів ребра опускаються, що викликає зменшення об’єму грудної порожнини в передньо-задньому і бічному напрямах. Коли розслаблюються м’язи діафрагми, купол її під тиском черевних органів піднімається і стає опукліше, що зменшує грудну порожнину у вертикаль­ному напрямі. Зменшення розмірів грудної порожнини приводить до зменшення об’єму легень, до збільшення тиску в легенях, внаслідок чого частина повітря виходить з легень назовні, поки тиск повітря в легенях не зрівняється з атмосферним.

Глибокий вдих і глибокий видих. Під час глибокого.вдиху грудна кліт­ка розширюється більше, ніж при спокійному. Це зумовлюється тим, що під час сильного вдиху, крім зовнішніх міжреберних м’язів і м’язів діа­фрагми, скорочуються ще й грудинно-ключично-соскові, драбинчасті, зуб­часті та інші м’язи шиї і грудей, які сприяють підняттю грудної клітки. Під час глибокого видиху скорочуються внутрішні міжреберні м’язи, а також м’язи черевного пресу та деякі інші. При цьому черевна стінка ско­рочується, тисне на черевні органи, які в свою чергу тиснуть на діафрагму і сприяють її випинанню в грудну порожнину. Цим зменшується об’єм грудної порожнини у вертикальному напрямі.

Таким чином, глибокий вдих відрізняється від спокійного лише кіль­кістю м’язів, що скорочуються. Глибокий видих відрізняється від спокійного тим, що він є активним, а не пасивним актом.

Типи дихання. Розрізняють грудний, діафрагмальний (або черевний) і мішаний типи дихання. Тип дихання залежить від того, які м’язи переваж­но беруть участь у диханні.

Тип дихання в процесі розвитку дитячого організму поступово змі­нюється. В новонароджених хлопчиків і дівчаток тип дихання черевний (діафрагмальний). Це зв’язано з тим, що грудна клітка новонароджених дітей весь час перебуває в положенні вдиху, ребра розміщені майже пер­пендикулярно до хребта і збільшення об’єму грудної клітки за рахунок підняття ребер майже неможливе. В перші місяці життя передньо-задній і поперечний діаметр грудної клітки майже однакові. В міру росту дитини передньо-задній діаметр грудної клітки зменшується, а поперечний — збіль­шується. Таким чином, поперечний переріз грудної клітки з майже круг­лого у новонародженої дитини з вікон стає овальним. Поступово на пер­шому році життя дитини передні кінці ребер разом з грудниною опуска­ються, тобто грудна клітка із положення вдиху переходить у положення видиху, і тим самим створюється можливість для переходу до грудного (реберного) типу дихання. На початку другого року життя, у зв’язку з переходом дитини з горизонтального у вертикальне положення, тип дихання стає мішаним (грудочеревним).

З 3-х до 7-річного віку дедалі чіткіше виступає грудний тип дихання, а в 7—14 років починають позначатись статеві відміни: у хлопчиків пере­важає черевний тип, а в дівчаток — грудний тип дихання.

У дорослих чоловіків переважає черевний тип дихання, а в жінок — грудний. Проте тип дихання може змінюватись залежно від умов. Так, у жінок, які займаються фізичною працею, грудний тип дихання замінює­ться мішаним або навіть черевним.

 

Легенева вентиляція

Безперервна зміна повітря в легенях під час дихання називається легеневою вентиляцією, показником якої є хвилинний об’єм легень (кількість повітря, що проходить через легені за 1 хв). Кількість повітря, яку людина вдихає і видихає при спокійному диханні, називається дихальним об’ємом.

У новонародженої дитини дихальний об’єм під час сну близько 20 мл, на кінець першого місяця — 25 мл, наприкінці першого року — 50 мл, у 5 років — 215 мл і в 12 років — 375 мл. У дорослих людей — 300—600 мл.

Щоб обчислити хвилинний об’єм легень, треба дихальний об’єм пере­множити на кількість дихальних рухів за 1 хв. У новонароджених дітей хвилинний об’єм дорівнює 650—700 мл, на кінець першого місяця — 1400 мл, наприкінці першого року — 2600 мл, в 5 років — 5800 мл і в 12 років — 7000—9000 мл.

У дітей старше п’яти років хвилинний об’єм дихання значно більший, ніж у дорослих. У 12 років він удвічі більший, ніж у дорослих. Але вже у новонароджених (у перерахунку на 1 кг ваги тіла) він більше ніж вдвічі перевершує хвилинний об’єм дихання на 1 кг ваги дорослої людини. Це зумовлено тим, що при майже одному й тому самому дихальному об’ємі в мл на 1 кг ваги частота дихання у дітей в 3—4 рази більша, ніж у дорослих.

Таким чином, легенева вентиляція у дітей на 1 кг ваги значно більша, ніж у дорослих. Зміну частоти дихання у дітей з віком показано в табл. 12.

До 8 років частота дихання у хлопчиків більша, ніж у дівчаток. Перед періодом статевого дозрівання частота дихання у дівчаток стає більшою, ніж у хлопчиків; таке співвідношення зберігається протягом всього життя.

В дорослих спостерігаються та­кож індивідуальні коливання частоти дихання від 7 до 22 на хвилину.

При визначенні легеневої вентиляції слід також врахову­вати, що під час вдиху частина повітря (близько 150 мл у дорос­лої людини) затримується в так званому шкідливому просторі, до якого належать порожнини носа, носоглотки, гортані, трахеї і бронхів. Під час видиху це повітря виходить назовні і замі­нюється повітрям з легень, яке порівняно з атмосферним має більше вуглекислого газу і менше кисню. Під час наступного вдиху це вже вико­ристане повітря першим входить у легені.

Життєва ємкість легень. Життєвою ємкістю легень називається та максимальна кількість повітря, яку людина може видихнути після найглибшого вдиху. При спокійному диханні доросла людина вдихає і видихає близько 500 мл повітря (дихальний об’єм). При глибокому ди­ханні об’єм повітря, що змінюється в легенях при кожному дихальному русі, значно більший. Справді, після звичайного спокійного вдиху людина може зробити сильніший вдих і вдихнути додатково ще 1500 мл по­вітря. Це повітря називається додатковим.

Так само і після спокійного видиху людина може зробити поси­лений видих і видихнути ще 1500 мл повітря. Це повітря називається резервним. Сума об’ємів дихального, додаткового і резервного повітря становить життєву ємкість легень.

Величина життєвої ємкості легень ко­ливається залежно від віку, довжини тіла, типу дихання (найбільша при грудоче­ревному), від статі (більша у хлопчиків). Вона збільшується тренуванням. У дітей життєва ємкість легень поступово збільшу­ється від раннього дитинства і до 18— 19 років.

Життєва ємкість легень у дітей повільно наростає до семи років, поки відбувається диференціювання легень, і енергійно збільшується з 8—9 років, даючи максимальний приріст у період ста­тевого дозрівання. Перебудова життєвих процесів, зумовлена статевим дозріванням, і посилений ріст легень вимагають у перехідному віці особливого піклування про гігієну органів дихання, бо антигігієнічні умови в цьому віці небезпечні щодо захво­рювання легень, зокрема на туберкульоз. З 18 до 35 років життєва ємкість легень є максимальною (3000—6000 мл), а потім з віком зменшується. Життєва ємкість легень є одним з показників фізичного розвитку організму; її можна збільши­ти тренуванням дихальних м’язів.

Життєву ємкість легень вимірюють з допомогою спеціального приладу, що на­зивається спірометром.

Залишкове повітря. Після першого вдиху дитини, коли легені вперше напов­нюються повітрям, і до кінця життя легені ніколи повністю не звільняються від нього. Навіть після максимального видиху в легенях все ще зали­шається частина повітря. Цей об’єм повітря, що залишається в легенях і після смерті, дістав назву залишкового повітря. В дорослої людини він дорівнює 1000—1500 мл.

Частина залишкового повітря може вийти з легень лише тоді, коли в плевральну щілину зайде повітря і створиться там атмосферний тиск, що можливе при пошкодженні грудної клітки з обох боків. У такому випадку легені спадаються. Такий стан легень називається пневмоторак­сом. Однобічний пневмоторакс (тобто однобічне пошкодження грудної клітки) іноді роблять штучно, коли з лікувальною метою необхідно дати спокій легені, хворій на туберкульоз. Повний двобічний пневмоторакс у людини спричиняє смерть.

Загальна кількість повітря, яка вміщується в легенях, дорівнює сумі життєвої ємкості і залишкового об’єму.

Дихання при м’язовій діяльності. При всякій діяльності, а особли­во при м’язовій, потреби організму в кисні значно зростають. У спо­кійному стані за одну хвилину доросла лю­дина споживає близько 350 мл кисню, а при м’язовій роботі 4000—5000 мл.

Підвищена потреба організму в кисні при м’язовій діяльності забезпечується за рахунок посилення роботи органів дихання: дихальні рухи стають частішими і глибшими, різко збільшується вентиляція легень.

У людей з добре тренованою дихальною мускулатурою і великою життєвою ємкістю легень легенева вентиляція збільшується головним чином за рахунок збільшення гли­бини дихання (дихального об’єму). У нетренованих людей зрослі потреби організму в кисні забезпечуються переважно за рахунок збіль­шення частоти дихальних рухів.

При глибокому диханні альвеолярне по­вітря вентилюється на 80—90%, що забезпе­чує швидкий обмін газів крізь стінки альвеол. Це збільшує витривалість організму до три­валого фізичного навантаження. При негли­бокому і частому диханні вентиляція альвеолярного повітря зменшується і більша частина вдихуваного повітря зали­шається в «шкідливому просторі». При дуже частому диханні кількість змі­нюваного повітря (дихальний об’єм) зменшується в такій мірі, що людина починає задихатись і змушена припинити роботу.

Таким чином, у тренованих людей кров більше насичується киснем, ніж у нетренованих. Одночасно, внаслідок викидання в кров’яне русло депонованої крові при м’язовій роботі, збільшується киснева ємкість крові. Збільшення легеневої вентиляції, підвищення кисневої ємкості крові і збільшення хвилинного об’єму крові забезпечують значно зрослі потреби організму в кисні при м’язовій роботі.

У дитини, так само як і в нетренованої людини, при зрослій потребі в кисні різко збільшується частота дихальних рухів і в далеко меншій мірі — їх глибина. Взагалі дихання у дітей неглибоке, поверхневе, бо слабо розвинена дихальна мускулатура не може дос­татньо розширювати грудну клітку.

Отже, для нормального фізичного розвитку дитини велике значення має систематичне трену­вання дихальних м’язів і збільшення життєвої ємкості її легень. Цьому сприяють щоденні про­гулянки, посильна фізична праця, фізкультурні зарядки і такі види спорту, як біг, катання на ли­жах і ковзанах, веслування, плавання.

Потреба в систематичному тренуванні органів дихання дитини на свіжому повітрі стане ще більш зрозумілою, якщо врахувати, що в дітей порівняно високий рівень обміну речовин. Вони більше, ніж дорослі, споживають кисню на кілограм ваги тіла.

Підвищена потреба дітей в кисні зв’язана з побудовою і розвитком тканин ростучого організму. А якщо врахувати ще й поверхня дихання, внаслідок якого значна частина вдихуваного повітря не доходить до леге­невих пухирців, то стане зрозумілою необхідність перебування дітей на свіжому повітрі.

 

Газообмін.

Склад вдихуваного і видихуваного повітря. Атмосферне повітря, що його вдихає людина, містить у своєму складі кисню до 21%, вуглекислого газу — 0,03% і азоту та інертних газів — близько 79%. Склад видихуваного повітря такий: кисню — 16,4%, вуглекислого газу — 4,1%, азоту — 79,5%. На­ведені цифри є середні і коливаються в значних межах. Несталість складу видихуваного повітря залежить від інтенсивності обміну речовин, а також від частоти та глибини дихання.

Як видно з наведених даних, вміст кисню у видихуваному повітрі менший, а вуглекислого газу більший, ніж в атмосферному. Ця зміна скла­ду повітря пояснюється газообміном, який відбувається в легенях між кров’ю і альвеолярним повітрям. Кисень з альвеолярного повітря безпе­рервно проникає в кров, яка тече по густій сітці кровоносних капілярів, що обплутують альвеоли, а вуглекислий газ виходить з крові в альвеолярне повітря.

Що ж до азоту, то його вміст у видихуваному повітрі, як і вуглекис­лого газу, вищий, ніж в атмосферному. Проте азоту вдихається стільки, скільки й видихається, бо азот і інертні гази в газообміні участі не беруть. Ця різниця зумовлена тим, що об’єм вдихуваного повітря більший, ніж видихуваного, бо кисню споживається більше, ніж виділяється вуглекислого газу і тому процентний вміст азоту зростає внаслідок того, що одна й та сама кількість його розподіляється в меншому об’ємі. Так, при відносному спокої людини за добу з альвеолярного повітря у кров переходить до 500 л кисню, а вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря переходить близь­ко 400 л. При м’язовій діяльності ці кількості значно зростають, але при­близно в такому самому співвідношенні.

Газообмін у легенях. Газообмін між альвеолярним повітрям і кров’ю здійснюється через перетинку, яка складається з стінки альвеоли і стінки капіляра. Товщина цієї перетинки, яка складається лише з двох шарів клітин, дуже мала — близько 4 мк. Така незначна товщина перетинки, що відокремлює газ від крові, не перешкоджає вільному проходженню газів.

Перехід кисню з альвеолярного повітря в кров, а вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря відбувається за законом дифузії. За цим за­коном газ завжди пересувається з того простору, де його парціальний тиск більший, у простір, де він менший. Дифузія кисню з альвеолярного повітря в кров можлива тому, що парціальний тиск кисню в альвеолярному повітрі становить 110 мм рт. ст., а у венозній крові, яка надходить до ле­гень, лише 40 мм.

Таким чином, створюється різниця тиску в 70 мм, а цього цілком до­сить, щоб забезпечити перехід кисню в кров.

Що ж до вуглекислого газу, то вміст, а отже, і парціальний тиск його в альвеолярному повітрі менший, ніж у венозній крові, яка рухається по капілярах легень. У венозній крові, яка надходить до легень, парціальний тиск вуглекислого газу дорівнює 47 мм рт. ст., а в альвеолярному повітрі — 40 мм. Цієї різниці цілком досить для забезпечення дифузії вуглекислого газу з крові в альвеолярне повітря.

Венозна кров, віддавши в легенях вуглекислий газ і збагатившись на кисень, перетворюється в артеріальну. З легень вона повертається до серця і по великому колу кровообігу розноситься до всіх органів і тканин тіла.

Транспортування газів. Кисень та вуглекислий газ переносяться кров’ю. Обидва ці гази перебувають у крові в розчиненому і в хімічно зв’язаному стані.

Із 100 мл артеріальної крові можна виділити близько 20 мл кисню, тоді як у фізично розчиненому стані в 100 мл крові може бути тільки 0,3 мл кисню. Отже, основна частина кисню в крові перебуває в хімічно зв’язаному вигляді. Речовиною, яка хімічно зв’язує кисень у крові, є гемоглобін.

З альвеолярного повітря кисень дифундує в плазму крові, а з плазми надходить в еритроцити і легко вступає в хімічний зв’язок з гемоглобіном. Гемоглобін при цьому перетворюється в оксигемоглобін. Оксигемоглобін — сполука нетривка: якщо оксигемоглобін попадає в середовище, бідне на кисень (наприклад, у тканинах), то кисень легко від нього відщеплюється. В артеріальній крові майже весь гемоглобін перебуває у вигляді оксигемо­глобіну, тоді як у венозній крові переважає відновлений гемоглобін.

Вуглекислого газу в 100 мл крові може розчинитися лише 3 мл, тоді як з такої самої кількості венозної крові можна виділити 50 мл СО₂. Отже, вуглекислий газ, як і кисень, перебуває в крові не тільки у вигляді фізич­ного розчину, але і в хімічно зв’язаному стані.

Вуглекислий газ у крові сполучається головним чином з лугами, утворюючи з ними двовуглекислі солі, або бікарбонати (переважно бікар­бонати натрію і калію). Крім цих солей, у перенесенні вуглекислого газу бере участь і гемоглобін. Це вперше встановив ще наприкінці XIX ст. І. М. Сєченов.

Сполука гемоглобіну з вуглекислим газом нетривка і може легко роз­падатись, що й відбувається в легенях.

Газообмін у тканинах. У тканинах безперервно відбуваються окислю­вальні процеси, при яких споживається кисень. Необхідний для цього кисень до тканин приноситься артеріальною кров’ю, яка віддає тканинам кисень і перетворюється у венозну.

Перехід кисню з крові в тканини зумовлюється різницею парціальних тисків його в крові і тканинах. Справді, парціальний тиск кисню в артері­альній крові 100—110 мм рт. ст., а в тканинній рідині — 20—40 мм. Різ­ниця тиску кисню, яка дорівнює 70—80 мм рт. ст., і забезпечує енергій­ний перехід кисню з плазми крові через стінку капіляра у тканинну рідину.

Оксигемоглобін еритроцитів, який є нетривкою сполукою, віддає кисень у кров’яну плазму, з якої завдяки різниці парціального тиску він ди­фундує у тканинну рідину, а звідти в клітини, де вступає в окислювальні процеси.

Крім різниці парціального тиску, на ступінь віддачі кисню оксигемо­глобіном дуже впливає величина тиску вуглекислого газу, розчиненого в крові. Чим більше в крові СО₂, тим слабший зв’язок гемоглобіну з киснем, тобто тим більше відщеплюється кисню від оксигемоглобіну.

У тканинах, поряд з дифузією кисню з крові в тканинну рідину, відбу­вається і дифузія вуглекислого газу з тканинної рідини в кров. Кількість СО₂ в крові збільшується, а це викликає послаблення зв’язку гемоглобіну з киснем і сприяє більшому звільненню кисню.

У легенях відбувається віддача вуглекислого газу, його тиск у крові зменшується, завдяки чому спорідненість гемоглобіну з киснем збільшуєть­ся, тобто гемоглобін починає енергійніше сполучатися з киснем і перетворю­ватися в оксигемоглобін.

Крім концентрації СО₂, на міцність зв’язку гемоглобіну з киснем впливає також реакція крові. Навіть незначне зрушення реакції в бік кислої спричиняє посилення віддачі кисню. Таке зрушення реакції відбу­вається в м’язах, де утворена під час роботи молочна кислота надходить у кров. Енергійне звільнення й перехід кисню з крові у м’язи під час їх роботи відповідає зрослій потребі їх у великих кількостях кисню.

Міцність зв’язку гемоглобіну з киснем залежить також і від температури: при підвищенні температури зв’язок слабшає, при зниженні — сильнішає.

Отруєння чадним газом. Багато речовин, зокрема наркотики (ефір, хлороформ, спирти), гальмують процеси дихання. Але особливо небезпечною отрутою є чадний газ — СО, який утворюється в результаті неповного зго­ряння в печі дров, вугілля тощо. При вдиханні чадного газу в легені він дифундує в кров і утворює стійку хімічну сполуку з гемоглобіном. Внаслі­док цього гемоглобін втрачає здатність приєднувати кисень, і його надхо­дження до тканин утруднюється. Досить людині вдихнути 1 л чадного газу, щоб настала смерть від припинення тканинного дихання.

При легкому отруєнні для поліпшення газообміну і прискорення роз­паду сполуки чадного газу з гемоглобіном потерпілому необхідно забезпе­чити доступ свіжого повітря (відкриті двері, вікна, а в теплу погоду винести з приміщення) і робити штучне дихання.

При тяжкому отруєнні чадним газом можна врятувати життя лише переливанням крові, тобто, ввівши в організм гемоглобін, здатний зв’язу­вати кисень.

Штучне дихання. Штучне дихання застосовують у тих випадках, коли серце ще продовжує працювати, але внаслідок припинення діяльності дихального центра немає природного дихання. Так буває в утоплеників, при ураженні електричним струмом, при отруєнні газами тощо. В цих випадках з допомогою штучного дихання можна поновити діяльність дихаль­ного центра і врятувати людину від смерті. Найчастіше застосовують два способи штучного дихання.

Перший спосіб: потерпілого кладуть на спину з трохи закинутою назад головою. Під лопатки кладуть який-небудь м’який згорток. Той, хто робитиме штучне дихання, стає на коліна біля голови потерпілого, бере його руки нижче ліктя і протягом 2 сек притискує їх до грудної клітки, зменшуючи тим самим об’єм грудної клітки і витискуючи з неї повітря; так робиться видих. За видихом іде вдих, якого досягають від­веденням рук потерпілого догори круговим рухом. Тривалість штучного вдиху 3 сек.

Другий спосіб: потерпілого кладуть униз лицем, повернувши голову набік. Людина, яка робить штучне дихання, стає на коліна так, щоб тулуб потерпілого знаходився між ними. Видих досягається сильним на­тисканням долонями і всією вагою тіла на нижню частину грудної клітки. Видих здійснюється пасивно, бо після припинення натискування грудна клітка розширюється, повертаючись у вихідне положення.

 

Регуляція дихання

Дихальні м’язи можуть скорочуватись довільно. Проте після навмис­ного посилення дихання обов’язково настане тимчасова затримка дихання, а після свідомої затримки дихання настає (незалежно від нашої волі) тим­часове посилення дихання. Дихальні рухи відбуваються і під час сну та в інших випадках, коли свідомість виключена. Всі ці факти дозволяють зробити висновок про саморегуляцію дихальних рухів.

Дихальний центр. Ще в XIX ст. експериментальне було доведено, що в довгастому мозку є група нервових клітин, діяльність яких викликає ритмічні скорочення дихальної мускулатури. Ця група нервових клітин дістала назву дихального центра. Російський фізіолог М. О. Миславський довів, що дихальний центр розміщений в середній третині довгастого мозку. Руйнування ділянки довгастого мозку з дихальним центром призводить до припинення дихання і до смерті. Те саме відбувається, коли в тварини зробити переріз на межі між довгастим і спинним мозком. Але коли переріз зроблено вище довгастого мозку, то дихання не припиняється.

Проте, хоч дихання можливе тільки при цілості дихального центра, який міститься в довгастому мозку, відокремлення довгастого мозку, а отже, і дихального центра, від вищих відділів головного мозку порушує регуляцію дихання. Таким чином, експериментальне доведено, що в регуляції ди­хання беруть участь вароліїв міст, середній мозок, підгорбикова ділянка та деякі підкорові утворення. Безпосередню участь в регуляції дихання бере також кора головного мозку.

Отже, в поняття «дихальний центр» входять всі ділянки центральної нервової системи, від погодженої діяльності яких залежить нормальне дихання.

Ритмічне скорочення дихальних м’язів залежить від ритму імпульсів, що надходять до них з дихального центра.

Рефлекторна регуляція. Фізіологічним механізмом, який впливає на дихальний центр, а через нього на дихальні м’язи, е рефлекторний механізм. Діяльність дихального центра змінюється під впливом збуджень, що над­ходять до нього з периферії, та з внутрішньої поверхні легень. Багато зовнішніх подразників, як наприклад різкий неприємний запах, раптовий укол шкіри, постріл та інші; можуть рефлекторно змінити дихання. У кож­ному з цих випадків збудження з периферії по доцентрових нервах може дійти до дихального центра.

Усяке збудження дихального центра змінює нервові імпульси, які від нього надходять до дихальних м’язів, а це призводить до зміни ди­хання — збільшення частоти його і глибини або, навпаки, послаблення і спо­вільнення.

Особливо велике значення в регуляції дихання мають доцентрові нер­вові волокна, закінчення яких лежать у самих легенях. При спаданні ле­гень під час видиху відбувається механічне подразнення чутливих закін­чень блукаючого нерва, які містяться в стінках альвеол. Нервове збудження, що виникає при цьому, надходить у дихальний центр і збуджує його. Від дихального центра надходять імпульси до дихальних м’язів, які у відповідь скорочуються, і відбувається вдих.

Під час вдиху легені розтягуються, а це спричиняє механічне подраз­нення інших закінчень блукаючого нерва в легенях. Збудження, що в них виникає, досягає дихального центра і викликає гальмування його. Внаслі­док цього з дихального центра перестають надходити імпульси до дихаль­них м’язів, останні розслаблюються і відбувається видих.

Таким чином, відбувається рефлекторна саморегуляція дихання: видих викликає вдих, а вдих викликає видих.

Оскільки в регуляції дихання бере участь і кора головного мозку, людина може до певної міри довільно змінювати частоту і глибину дихання. Дихання змінюється також при різних емоційних станах.

Дихання у дітей молодшого шкільного віку аритмічне. При виконанні м’язової роботи (писання, малювання, фізичні вправи тощо) діти 7—11 років схильні затримувати дихання. Ці особливості зумовлені в основному ще недосконалою координацією дихальних рухів з боку дихального центра. Дихальний центр у дітей легко збуджується, тому дихання у них значно прискорюється при психічних збудженнях, незначних фізичних вправах, невеликому підвищенні температури тіла і навколишнього середовища. У зв’язку з цим дітям особливо корисні співи, фізичні вправи, посильна фізична праця, ігри і доступні види спорту, які зміцнюють дихальну мускулатуру, вправляють нервоворуховий апарат і сприяють виробленню глибшого і більш ритмічного дихання.

Гуморальні впливи на дихальний центр. У стінках кровоносних судин є спеціальні нервові закінчення — хеморецептори, що сприймають зміну хімічного складу крові. Особ­ливо чутливі ці рецептори до концентрації вуглекислого газу і кисню в крові. Підви­щення концентрації вуглекис­лоти в крові подразнює хе­морецептори і рефлекторно викликає прискорення і по­глиблення дихання. Зниження концентрації кисню в крові так само подразнює ці хемо­рецептори і рефлекторно під­силює дихання.

Збільшення концентрації вуглекислого газу в крові може і безпосередньо впли­вати на дихальний центр. Збільшення кількості вуглекислого газу в крові, яка омиває дихальний центр, спричиняє збільшення ЇЇ і в самих клітинах дихального центра, дихальний центр при цьому збуджується, в результаті чого дихальні рухи посилюються і прискорюються. Так триває доти, поки внаслідок поси­леного дихання концентрація вуглекислоти в крові знову не знизиться до нормального рівня.

Гуморальна регуляція дихання особливо чітко проявляється при поси­леній м’язовій діяльності, під час якої в крові збирається багато вуглекис­лого газу і, як наслідок цього, збільшення частоти і глибини дихання. Після припинення м’язової діяльності кров швидко звільняється від над­лишку вуглекислого газу і дихання стає спокійним.

Вплив зміни хімічного складу крові на діяльність дихального центра підтверджується дослідом з перехресним кровообігом у двох собак. У двох собак перерізують сонні артерії і з’єднують їх між собою так, що кров з тулуба першого собаки тече в голову другого собаки, а кров з тулуба другого собаки — в голову першого собаки. Другі сонні артерії затискують. Якщо тепер затиснути трахею першого собаки, то задишка настає в другого собаки, голова якого живиться кров’ю першого собаки. Така зміна дихання пояснюється тим, що затискування трахеї в першого собаки при­вело до скупчення надлишку вуглекислого газу в його крові, а оскільки його кров омиває головний мозок другого собаки, то вона і впливає на діяль­ність його дихального центра, викликаючи задишку. Отже, вуглекислий газ є специфічним подразником дихального центра.

Захисні рефлекси. Дуже важливе значення мають захисні рефлекси з слизових оболонок дихальних шляхів. Ці рефлекси перешкоджають по­паданню в дихальні шляхи шкідливих речовин або сприяють видаленню подразнюючих речовин, які вже попали туди. Так, при подразненні пилом або слизом чутливих рецепторів у гортані і трахеї повітря судорожне ви­штовхується з легень при широко розкритій голосовій щілині (кашель). З виштовхнутим повітрям видаляється й подразник. При подразненні сли­зової оболонки носа виникає чхання. При чханні, як і при кашлі, людина робить глибокий вдих, а потім дуже сильний і швидкий видих при закри­тому роті.