1. ВВЕДЕНИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Человек по природе своей любознателен. И больше всего, естественно, его интересует все, что касается устройства и жизнедеятельности собственного организма. Особое место в этом плане занимает дыхание. Мы ощущаем дыхание больше, чем какую-либо другую физиологическую функцию. Можем наблюдать свое дыхание, можем им управлять. От того, чем и как мы дышим, насколько исправно работает наш дыхательный аппарат, в немалой степени зависит наша работоспособность, здоровье, в конечном счете - жизнь.

Классическое представление о дыхании как о процессе, состоящем из многих звеньев, сложилось в конце XIX - начале XX века. Уже тогда было ясно, что процесс дыхания включает в себя не только газообмен между легкими и окружающей средой, между воздухом альвеолом и кровью, но и транспорт газов кровью, и газообмен между кровью и тканями, и окислительные процессы в тканях. Основным назначением дыхания стали считать доставку кислорода к тканям и удаление образовавшемся в результате окислительных процессов углекислоты.

Это представление о дыхании могло сложиться только на основе ряда крупных открытий на рубеже XVIII-XIX веков: роли кислорода и окислительных процессов в поддержании жизни, диффузии газов через альвеоло-капил-лярную мембрану легких, кислород-транспортных свойств гемоглобина. Важное значение в развитии представлений о саморегуляции дыхания имело открытие в конце XIX века независимости потребления кислорода от его содержания во вдыхаемом воздухе, прямой связи потребления кислорода с величиной энергозатрат организма, взаимозависимости между содержанием кислорода в артериальной крови и легочной вентиляцией, постоянства состава альвеолярного воздуха, роли рефлексов с легочных рецепторов растяжением в саморегуляции дыхания.

В соответствии с общепринятой концепцией функциональной системы II.К.Анохина дыхательная система - комплекс образований, включающий центральные (регуляторные) и периферические (воспринимающее) нервные компоненты и рабочие аппараты, функционально объединенные в единую систему, конечным эффектом деятельности котором является поддержание относительного постоянства газового состава крови и тканей организма. Развитие функциональной дыхательной системы подчиняется всем закономерностям, выявленным для других систем организма и определенным П.К. Анохиным в концепции системогенеза. Ее основные положения применительно к дыхательной системе: ведущие морфофункциональные звенья дыхательной системы сформированы к моменту рождения, и в дальнейшем они растут и развиваются; на каждой стадии онтогенеза здорового ребенка его дыхательная система функционально полноценна для его возраста; возрастные изменения функции внешнего дыхания неравномерны и гетерохромны; функциональная дыхательная система в онтогенезе находится в межсистемном и межорганном соответствии.

Рассмотрение по возрастам развития всех компонентов функциональной дыхательной системы важно для понимания закономерностей развития организма на разных этапах онтогенеза, механизмов адаптации к условиям среды и механизмов компенсации при заболеваниях. Знание особенностей возрастного развития дыхательной системы способствует правильной организации режима в детских учреждениях, дозированию физических нагрузок, разработке средств и методов предупреждения легочных заболеваний у детей.

Ввиду чрезвычайной сложности и многочисленности вопросов возрастного развития дыхательной системы обычно изучаются или отдельные возрастные периоды, или отдельные процессы, обеспечивающие газообмен в легких, или механизмы регуляции дыхания. Лишь в немногих работах анализируются результаты комплексных исследований дыхательной функции легких.

Известнейший отечественный ученый В.М. Бехтерев - он был и анатомом, и физиологом, и врачом-невропатологом, и психиатром - заметил, что дыхание четко реагирует на изменения в психическом состоянии человека.

В.М. Бехтерев первым установил, что к регуляции дыхания имеют отношение определенные области кори мозга.

Действительно, ярко окрашенные эмоциональные переживания сопровождаются в большинстве случаев учащением дыхания, увеличением вентиляции легких.

Можно представить себе такую ситуацию. С вами поступили несправедливо. Ваш предок сумел бы тут же проучить обидчика. Но мы не можем пустить в ход ни когти, ни зубы. А мышцы уже напряглись, сердце гонит к ним кровь, насыщенную глюкозой, гормонами и, конечно же кислородом, который поступает из усиленно вентилируемых легких. Дыхание, таким образом, резко усиливается.

Подобное состояние можно наблюдать и в условиях профессиональной деятельности человека. В одной из лаборатории сделали такой опыт: испытуемый, слушая записанные на магнитную пленку ряды чисел, должен был отмечать нажатием кнопки заданные их комбинации. Как только начиналось выполнение задания, дыхание учащалось, особенно у тех испытуемых, кому справиться с нагрузкой оказывалось труднее. Постепенно ритм дыхания спадал, а когда программа заканчивалась, наступало заметное его урежение.

При особо выраженном стрессе легочная вентиляция может повыситься настолько, что вымывание двуокиси углерода из крови становится избыточным. Именно это происходит, как обнаружил московский физиолог А.М. Генин, с сотрудниками, у летчиков во время выполнения сложных полетов. Данное явление - не такое уж безобидное, как может показаться: вследствие падения давления CO2 сосуды мозга спазмируются, и человек может даже потерять сознание.

Чрезмерная высокая вентиляция легких (гипервентиляция) в некоторых случаях может быть проявлением своеобразного дыхательного невроза - как, например, описанная американскими врачами гипервентиляция, которая случалось принимала характер настоящих эпидемий среди девушек-студенток колледжей.

В последнее время ученые выяснили, что в контроле дыхательного ритма участвуют многие гармони и другие биологически активные вещества, действующие на определенные нервные структуры. В числе этих веществ выделили особый класс белков, нейропептиды - эндорфины и энкефалии (они вырабатываются самим мозгом), - участвующие, можно сказать, в регуляции нашего настроения.

В практическом и теоретическом плане стоит проблема адаптации человека к различным внешним экстремальным воздействиям и влияниям, вызывающим изменения, не выходящие за рамки физиологических. Эта проблема имеет особое значение в связи с социальными и многими другими факторами: быстрым изменением среды и необходимостью долгосрочного прогнозирования, эндогенными (биологическими, физиологическими и психологическими особенностями человека и особенно развивающегося организма ребенка), экологическими - обеспечением не только сохранения, но и прогрессивного развития последующих поколений человеческой популяции.

В исследованиях по возрастной физиологии проблема адаптации детей и подростков к учебным и физическим нагрузкам является одном из ведущих. Основная цель этих исследовании состоит в том, чтобы изучить физиологические механизмы адаптации и получить возможность влиять на нее средствами педагогики и гигиены.

В результате адаптации возникает перестройка функций, становление их на новый уровень регулирования, повышается устойчивость организма к воздействию факторов внешней среды. Физиологические механизмы, обеспечивающие реакции адаптации и дезадаптации, более или менее раскрытые при экстремальных воздействиях на взрослых людей, оказываются почти не изученными при воздействии на растущий и развивающийся организм детей и подростков и особенно при воздействии обычных, неэкстремальных факторов.

Проблема изучения функционального состояния системы дыхания в условиях умственной деятельности является одной из ведущих в возрастной физиологии. Ее решение необходимо для понимания закономерностей приспособления организма к изменяющими условиям внутренней и внешней среды, компенсаторных реакции и функциональных перестроек, связанных с ростом и возрастом организма. Оценка адекватности используемых умственных нагрузок требуется глубокого знания возрастных особенностей функции дыхательной системы и механизмов и регуляции.

2. ИСТОРИЯ И ТЕОРИЯ ВОПРОСА

Дыхание - совокупность процессов, обеспечивающих потребление организмом кислорода и выделение двуокиси углерода 3,22.

Поступление кислорода из атмосферы к клеткам необходимо для биологического окисления органических веществ, в результате которого освобождается энергия, нужная для жизни организма. В процессе биологического окисления образуется двуокись углерода, подлежащая удалению из организма. Прекращение дыхания ведет к гибели прежде всего нервных, а затем и других клеток. Кроме того, дыхание участвует в поддержания постоянства реакции жидкостей и тканей внутренней среди организма, а также температуры тела.

Дыхание является неотъемлемым признаком жизни, биологическая сущность которого заключается главным образом в обеспечении окислительных процессов в организме путем обмена газов между организмом и внешней средой. Различают внешнее и внутреннее дыхание 3.

Внешнее дыхание происходит в малом круге кровообращения, где протекаемая с переферии венозная кровь вступает в газообмен с альвеолярным воздухом, получает от него кислород - артериализируется - и в то же время выделяет углекислоту.

Стимулом для газообмена в легких служит разница парционального давления газов в альвеолярном воздухе и в венозной крови. Доказано, что альвеолярный воздух ищет более высокое парциальное давление кислорода (в среднем 110 мл) и более низкое давление углекислоты (35-40 мл), чем в венозной крови, в которой напряжение кислорода равно в среднем 40 мл, а углекислоты 46 мл 13,22.

Следовательно, разница между альвеолярным воздухом и венозной кровью для кислорода составляет в среднем 70 мл (110-70 = 70), а для углекислоты 6 мл (46-40 = 6).

Из приведенного примера видно, что диффузия CO2 из крови и кислорода в кровь происходит в сторону более низкого давления 22.

Внешнее, или легочное дыхание является только частью сложного дыхательного процесса в организме и дополняет внутреннее или тканевое дыхание, под которым подразумевается обмен газов между кровью, тканями и органами, причем газообмен здесь происходит в противоположном по сравнению с внешним дыханием, где кислород отдается кровью, а углекислый газ ею воспринимается 3.

Многочисленными исследованиями установлено, что объективное суждение о состоянии внешнего дыхания у данного лица достигается последовательным определением его основных фактических и должных показателей, а затем их уровней.

Фактически показатели внешнего дыхания определяются по общепринятой методике спирометрического, спирографического, рентгенопневмографического, пневмотахометрического исследования. Их увеличение и снижение отражает отрицательные и положительные изменения в состоянии ведущих систем организма, и в частности, вентиляционного режима легких 22, 13.

Основными показателями, характеризующими функциональное состояние системы дыхания, являются: частота дыхания (Ч.Д.), жизненная емкость легких (жел), дыхательный объем (Д.О.), минутный объем легочном вентиляции, пробы Штанге (задержка дыхания на вдохе) и пробы Генна (задержка дыхания на выдохе).

Частота дыхательных движений

В акте дыхания легкие играют пассивную роль. Они не могут расширяться и сжиматься активно, так как в них нет мускулатуры. Поступление воздуха в легкие при вдохе и удаление его при выдохе происходит благодаря сокращению и расслаблению дыхательных мышц, которые играют в акте дыхания активную роль 3, 4.

Сокращения дыхательных мышц могут вызываться произвольно, благодаря импульсам, поступающим из нейронов больших полушарий головного мозга. Однако в обычных условиях жизни дыхательные движения происходят без участия сознания. Они совершаются и в глубоком сне и в других случаях, когда деятельность больших полушариев отсутствует. Частота дыхательных движений у животных, человека неодинакова.

Возрастные особенности строения грудной клетки и мышц обусловливают особенности глубины и частоты дыхания в детском возрасте. Взрослый человек делает в среднем 16-18 дыхательных движений в минуту, за один вдох при спокойном дыхании вдыхается 500 мл воздуха. Объем воздуха, поступающего в легкие за один вдох характеризует глубину дыхания 21, 7, 13.

У новорожденных детей частота дыхания в покое 40-60 в минуту. С возрастом частота дыхания постепенно уменьшается. Перед периодом полового созревания частота дыхания девочек становится больше, чем у мальчиков, и в дальнейшем это отношение сохраняется в течение всей жизни.

В спокойном состоянии взрослый человек делает от 12 до 24 дыхательных движений, в среднем 16-20 дыхательных движения в минуту, лошадь - 10-15, корова - 10-30, свинья - 8-18.

При стоянии частота дыхательных движений больше, чем при сидении или лежании. Мышечная работа, эмоции, повышение окружающей температуры и пищеварение учащают и углубляют дыхание. Во время сна дыхание более редкое (приблизительно на 1/5).

Глубина дыхания падает с увеличением его частоты. На частоту и глубину дыхания влияет обмен веществ. При высоком обмене веществ у высокопродуктивных коров частота дыхания 30, а у среднепродуктивных, у которых обмен веществ меньше - 15-20 в минуту 13, 22.

Большая частота дыхательных движении 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 21, 13.

Частота дыхания в условиях покоя сильно зависит от возраста и состояния организма.

Возрастные изменения частоты дыхательных движений в покое 21