Дыхание при мышечной работе. При физической нагрузке увеличение легочной вентиляции у детей осуществляется за счет учащения дыхания, а не за счет увеличения глубины дыхания, поэтому эффективность такого дыхания ниже, чем у взрослых. Артериовенозная разница по О2 и коэффициент утилизации О2 тканями при физической нагрузке у детей также увеличиваются меньше. Так, при нагрузке с максимальным потреблением кислорода общая артериовенозная разница по кислороду у детей увеличивается до 8 об. %, у взрослых – до 12 об. % (у спортсменов – даже до 18 об. %). Это означает, что при такой нагрузке использование кислорода из артериальной крови у детей едва достигает 50%, тогда как у взрослых – 70% (у спортсменов – 85-90%). Наибольшая кислородная емкость крови, меньшая утилизация кислорода приводят к тому, что у детей и подростков при физической нагрузке кровообращение не столь эффективно в отношении доставки О2 к тканям, как у взрослых.
Так, при нагрузке субмаксимальной интенсивности ткани ребенка 8 – 9 лет извлекают 1 м3 кислорода из 12 л крови, а ткани взрослого – из 8 л. В результате этого у детей при физической нагрузке больше, чем у взрослых, усиливается работа сердца и ткани организма обеспечиваются кислородом в достаточной мере. Иначе говоря, механизмы обеспечения кислородом организма детей и подростков при мышечной деятельности менее эффективны и менее экономичны, нежели у взрослых.
С возрастом повышаются эффективность и экономичность кислородного обеспечения организма, но в период полового созревания эти показатели снижаются, значительно ухудшается качество их регулирования.
Последнее особенно проявляется при физической нагрузке. Дыхательная система детей заканчивает свое созревание и достигает по всем показателям уровня взрослого человека к 18 – 20 годам. ГАЗООБМЕН В ЛЕГКИХ В альвеолярном воздухе у детей парциальное давление О2 выше, а СО2 ниже, чем у взрослых, что объясняет более интенсивной вентиляцией легких.
Градиент парциального давления и напряжения кислорода, обеспечивающего его диффузию, у детей больше, чем у взрослых. Напряжение О2 в венозной крови у детей 5-летнего возраста около 35 мм рт. ст. (у взрослых – 40 мм рт. ст.). Газовый состав вдыхаемого воздуха у детей в возрасте до 3 лет существенно отличается от такового у взрослых. Процентное содержание кислорода в выдыхаемом воздухе тем выше, чем младше ребенок. Так, у месячного ребенка оно равно 18,5 %, у 3-летнео – 18 %, у взрослого – 16 %. Процентное содержание СО2 в выдыхаемом воздухе меньше всего у самых маленьких детей.
В возрасте 1 мес оно равно 2 %, затем постепенно нарастает и к 16 – 17 годам достигает нормы взрослого человека (4,5 %). В легких детей условия для газообмена лучше взрослых, так как диффузионная поверхность относительно массы и поверхности тела объемная скорость движения крови по сосудам легких больше, чем у взрослых. Широкая сеть капилляров легких ребенка обеспечивает относительно большую поверхность соприкосновения крови с альвеолярным воздухом.
Однако процент извлечения О2 из альвеолярного воздуха кровью ребенка значительно меньше, чем у взрослого Состав выдыхаемого и альвеолярного воздуха и извлечение О2 кровью Возраст О2, % СО2, % альвеолярный выдыхаемый Извлечение О2 кровью альвеолярный выдыхаемый 1 мес 6 мес 1 год 3 года 6 лет 10 лет 14 лет Взрослые 17,8 17,3 17,2 16,8 16,5 16,1 15,5 14 18,4 18,1 18 17,9 17,6 17,4 17,1 16 2,5 2,8 2,9 3 3,3 3,5 3,8 4,9 2,8 3 3 3,6 3,9 4,2 4,9 5,5 2,0 2,2 2,4 2,8 2,0 3,1 3,5 4,5 Например, у 3-летнего ребенка этот показатель равен 3 %, у взрослого – 4,9 %, что объясняется меньшей кислородной емкостью крови детей.
Однако дети не страдают от недостатка кислорода, что объясняется особенностями транспорта газов в этом возрасте. Особенности регуляции дыхания у детей определяются незрелостью ЦНС и дыхательного центра, а также незрелостью сосудистых рефлексогенных зон, и в первую очередь аортальной и синокаротидных.
Возбудимость дыхательного центра у детей снижена. С годами она повышается и к школьному возрасту становится такой же, как у взрослых. РЕГУЛЯЦИЯ ДЫХАНИЯ Регуляция дыхания осуществляется центральной нервной системой, специальные области которой обуславливают автоматической дыхание – чередование вдоха и выдоха и произвольное дыхание, обеспечивающее приспособительные изменения в системе органов дыхания, соответствующие конкретной внешней ситуации и осуществляемой деятельности.
Группа нервных клеток, ответственная за осуществление дыхательного цикла, называется дыхательным центром. Дыхательный центр расположен в продолговатом мозге, его разрушение приводит к остановке дыхания. Дыхательный центр находится в состоянии постоянной активности: в нем ритмически возникают импульсы возбуждения. Эти импульсы возникают автоматически. Даже после полного выключения центростремительных путей, идущих к дыхательному центру, в нем можно зарегистрировать ритмическую активность.
Автоматизм дыхательного центра связывают с процессом обмена веществ в нем. Ритмические импульсы передаются из дыхательного центра по центробежным нейронам к межребным мышцам и диафрагме, обеспечивая последовательное чередование вдоха и выдоха. Деятельность дыхательного центра регулируется рефлекторно, импульсацией, поступающей из различных рецепторов, и гуморально, изменяясь в зависимости от химического состава крови. Рефлекторная регуляция. К рецепторам, возбуждение которых по центростремительным путям поступает в дыхательный центр, относятся хеморецепторы, расположенные в крупных сосудах (артериях) и реагирующие на снижение напряжения в крови кислорода и увеличения концентрации двуокиси углерода, и механорецепторы легких и дыхательных мышц. На регуляцию дыхания оказывают влияние также рецепторы воздухоносных путей.
Рецепторы легких и дыхательных мышц имеют особое значение в чередовании вдоха и выдоха, от них в большей степени зависит соотношение этих фаз дыхательного цикла, их глубина и частота.
При вдохе, когда легкие растягиваются, раздражаются рецепторы в их стенках. Импульсы от рецепторов легких по центростремительным волокнам блуждающего нерва достигают дыхательного центра, тормозят центр вдоха и возбуждают центр выдоха. В результате дыхательные мышцы расслабляются, грудная клетка опускается, диафрагма принимает вид купола, объем грудной клетки уменьшается и происходит выдох. Выдох, в свою очередь, рефлекторно стимулирует вдох. В регуляции дыхания принимает участие кора головного мозга, обеспечивающая тончайшее приспособление дыхания к потребностям организма в связи с изменениями условий внешней среды и жизнедеятельности организма.
Человек может произвольно, по своему желанию на время задержать дыхание, изменить ритм и глубину дыхательных движений. Влияниями коры головного мозга объясняются предстартовые изменения дыхания у спортсменов – значительное углубление и учащение дыхания перед началом соревнования. Возможна выработка условных дыхательных рефлексов.
Если к вдыхаемому воздуху добавить 5 – 7 % углекислого газа, который в такой концентрации учащает дыхание, и сопровождать вдох стуком метронома или звонком, то через несколько сочетаний один только звонок или стук метронома вызовет учащение дыхания. Особенности регуляции дыхания в детском возрасте. К моменту рождения ребенка его дыхательный центр способен обеспечивать ритмичную смену фаз дыхательного цикла (вдох и выдох), но не так совершенно, как у детей старшего возраста.
Это связано с тем, что к моменту рождения функциональное формирование дыхательного центра еще не закончилось. Об этом свидетельствует большая изменчивость частоты, глубины, ритма дыхания у детей раннего возраста. Возбудимость дыхательного центра у новорожденных и грудных детей низкая. Дети первых лет жизни отличаются более высокой устойчивостью к недостатку кислорода, чем дети более старшего возраста. Формирование функциональной деятельности дыхательного центра происходит с возрастом.
К 11 годам уже хорошо выражена возможность приспособления дыхания к различным условиям жизнедеятельности. Чувствительность дыхательного центра к содержанию углекислого газа повышается с возрастом и в школьном возрасте достигает примерно уровня взрослых. Следует отметить, что в период полового созревания происходят временные нарушения регуляции дыхания и организм подростков отличается меньшей устойчивостью к недостатку кислорода, чем организм взрослого человека.
Увеличивающаяся по мере роста и развития организма потребность в кислороде обеспечивается совершенствованием регуляции дыхательного аппарата, приводящей к возрастающей экономизации его деятельности. По мере созревания коры больших полушарий совершенствуется возможность произвольно изменять дыхание – подавлять дыхательные движения или производить максимальную вентиляцию легких. У взрослого человека во время мышечной работы увеличивается легочная вентиляция в связи с учащением и углублением дыхания.
Такие виды деятельности, как бег, плавание, бег на коньках и лыжах, езда на велосипеде, резко повышают объем легочной вентиляции. У тренированных людей усиление легочного газообмена идет главным образом за счет увеличения глубины дыхания. Дети же в силу особенностей их аппарата дыхания не могут при физических нагрузках значительно изменить глубину дыхания, а учащают дыхание. И без того частое и поверхностное дыхание у детей при физических нагрузках становится еще более частым и поверхностным.
Это приводит к более низкой эффективности вентиляции легких, особенно у маленьких детей. Организм подростка, в отличие от взрослого, быстрее достигает максимального уровня потребления кислорода, но и быстрее прекращает работу из-за неспособности долго поддерживать потребление кислорода на высоком уровне. Произвольные изменения дыхания играют важную роль при выполнении ряда дыхательных упражнений и помогают правильно сочетать определенные движения с фазой дыхания (вдохом и выдохом). Одним из важных факторов в обеспечении оптимального функционирования дыхательной системы при различного вида нагрузках является регуляция соотношения вдоха и выдоха.
Наиболее эффективным и облегчающим физическую и умственную деятельность является дыхательный цикл, в котором выдох длиннее вдоха.