Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу

Період статевого дозрівання - період найбільшого росту і розвитку системи дихання. До початку періоду статевого дозрівання загальний об'єм легень збільшується в 10 разів, а до його кінця - в 20 разів в порівнянні з новонародженим. Біомеханічні властивості легень і грудної клітки в підлітковому віці зазнають істотних змін, особливо помітні при зіставленні з новонародженим. Бронхіальний опір знижується в 10 разів, а легенева розтягненість збільшується в 3 рази. Для підлітків 15 років і старше величина бронхіального опору дорівнює 1,9 см вод. ст./(л•с). розтягнення легеневої тканини збільшується з 0,091 до 0,145 і з 0,0896 до 0,143 л/см вод. ст. за період від 11-12 до 13-14 років. Тісна кореляція між показниками біомеханіки дихання і антропометричними даними, в тому числі довжиною тіла, відмічена у дітей різного віку, чітко прослідковується і у підлітків.

В багатьох роботах відмічені нерівномірність дихального ритму, велика варіативність показників легеневої і альвеолярної вентиляції у підлітків. Частота дихання коливається у підлітків в межах від 16 до 22 в хвилину. Межі коливань частоти дихання протягом доби в підлітків різні. У 1/3 досліджуваних вона коливається у спокої на 2-3 у хвилину, у 1/3 - на 4-6 і у 1/3 - на 7 і більше у хвилину. Такі ж неоднорідні і об'ємні показники. Об'єм дихання у підлітків коливається від 245 до 418 мл., а МОД - від 4,5 до 9,4 л/хв. Причин таких великих відмінностей багато: специфіка вікового періоду (нестійкість регуляторних механізмів), різні умови і методи дослідження, різний контингент досліджуваних без урахування фізичного і статевого розвитку. Всі вони впливають і на інші функціональні показники системи дихання. Проте з відміченою великою варіативністю показників дихання можна виділити і деякі вікові його особливості. Із збільшенням грудної клітки, ростом бронхолегеневого апарату в період статевого дозрівання збільшується і сила дихальних м'язів. В результаті збільшуються резервні можливості вентиляційної системи легень. Резерв дихання підлітків 12-13 років становить 92% МВЛ.

Швидкий ріст повітряносних шляхів в пубертатний період зв'язаний із значним збільшенням об'єму дихального мертвого простору. Функціональний мертвий простір у дівчат 12-13 років займає 112-115 мл., а у хлопчиків того ж календарного віку - 119-138 мл. Він становить від 29 до 34% об'єму дихання. Об'єм альвеолярної вентиляції у підлітків значно коливається і становить 2,790 л/хв для 12-річних і 3,070 л/хв. для 15-річних. В цілому альвеолярна вентиляція склала 69% загальної вентиляції легень за хвилину. Покращення прохідності дихальних шляхів, збільшення розтягненості тканин легень і грудної клітки, розвиток мускулатури проявляються у збільшенні статичних об'ємів легень у підлітків. Між розтягненням легень і статичними об'ємами існує тісний кореляційний зв'язок. Збільшуючись з віком, статичні об'єми легень тісно зв'язані з антропометричними показниками, в тому числі і з довжиною тіла. ЖЄЛ до 13 років досягає 2400 мл у хлопчиків і 2420 мл у дівчаток.

Заслуговує спеціального розгляду вентиляційно-перфузійне відношення в легенях підлітків. Розвиток і ріст апаратів вентиляції і кровообігу (в тому числі легеневого) відбувається не завжди паралельно. Дихальна поверхня і кількість крові, що протікає через легені в одиницю часу, у дітей і підлітків, відносно більша, ніж у дорослих, що сприяє газообміну у легенях організму, який росте. Підвищення тонусу легеневих судин веде до зниження і нерівномірному розподілу кровоточу в легенях. Як показали дослідження, вентиляційно-перфузійне відношення неоднакове в різних відділах однієї легені. З віком у підлітків відмічається тенденція до його збільшення у нижніх відділах легень, зниженням градієнта цього показника між верхніми відділами [29].

У підлітків 12-13 років права легеня більше бере участь в сумарній легеневій вентиляції. Серед показників внутрішньо легеневого газообміну важливо проаналізувати склад альвеолярного повітря. Вміст вуглекислого газу ще не досягає стабільних значень, властивих дорослій людині. Нормою для дорослої людини рахують 5,5-5,7% вуглекислого газу в альвеолярному повітрі, а у підлітків його трохи менше - 4,98-5,23%. Вважають, що у підлітків залишається незначна відносна гіпервентиляція легень. Дифузійна властивість легень у підлітковому віці підпорядковується загальним закономірностям: вона зростає по мірі збільшення довжини тіла і поверхні легень. До 15 років вона становить 18 мл/(хв•мм рт. ст.) при довжині тіла 170 см. Поглинання кисню в легенях рівне 4%, а виділення вуглекислого газу - 3,9%. Потреба кисню з віком збільшується, однак його відносна величина знижується у дівчаток і мало змінюється у хлопчиків; у 12-річних дівчаток вона складає 4,6 мл/(хв•кг).

Розвиток дихальної функції легень в пубертатний період характеризується вираженою неоднорідністю показників, великою варіативністю в середині однієї вікової групи. Відокремити індивідуальні особливості із вікових важко внаслідок того, що з 12-13 років починає виникати помітна різниця дітей по ступенях статевого розвитку. Тому в проблемі вікового розвитку дихальної системи (як і фізіологічних систем всього організму) гостро стоїть питання про відношення календарного і біологічного віку. Вивчення дихальної функції легень з урахуванням стадій статевого дозрівання підлітків дозволило виявити деякі особливості. При зберіганні загальної направленості змін кожного функціонального показника дихальної системи з віком відзначається різниця в темпах і степенях цих змін в залежності від стадії статевого дозрівання підлітків. Як із збільшенням календарного віку підлітків, так і з наростанням стадій статевого дозрівання знижувався бронхіальний опір, збільшувались розтягненість легень і об'ємні швидкості дихання. Дослідження регіональних функцій легень, показало, що участь правої легені в сумарній вентиляції легень збільшується з біологічною зрілість підлітків.

Встановлення вікових критеріїв дихальної системи на пізніх етапах онтогенезу може допомогти у визначенні біологічного віку, дасть можливість розмежувати особисті вікові зміни від зсувів, викликаних патологічним процесом. Встановлено, що дихальний апарат при старінні зазнає суттєвих морфологічних і функціональних змін, що стосуються і грудної клітки, повітряносних шляхів, легеневої паренхіми, судинної системи малого кола кровообігу.

Помітні вікові зміни спостерігаються у всіх шарах бронхіальної стінки. Відбувається десквамація і потовщення циліндричного епітелію бронхів, його метаплазія в багатошаровій плоский епітелій. Бронхіальна мускулатура атрофується. Бронхіальні стінки атрофуються. Вказані зміни в поєднанні з розростанням грубоволокнистої тканини навколо бронхів призводить до нерівномірного звуження їх просвіту.

Знижується еластичність альвеолярних стінок внаслідок дегенеративних змін еластичних волокон. Стінки одних альвеол стоншуються внаслідок атрофічних процесів, стінки інших альвеол потовщуються у зв'язку з проростанням між альвеолярних перегородок колагеновими волокнами.

В системі легеневої артерії відзначаються фіброзно-склеротичні зміни судинної стінки, що веде до зменшення її еластичності і розтягненості. Віковим змінам піддається і легенева капілярна сітка. Капіляри стають ригідними, ламкими. Погіршується проникнення капілярів, сповільнюється в них кровотік. Зменшується кількість функціонуючих капілярів.

В результаті процесів, що відбуваються в легенях і грудній клітці, при старінні значно змінюються легеневі об'єми. Загальна ємкість легень при старінні зменшується, хоча величина зниження незначна. Так, зменшення цього показника становить на 4,5 мл в год на 1 м² поверхні тіла.

Значно більше змінюється при старінні життєва ємкість легень (ЖЄЛ) (Таблиця 3).

Таблиця 3. Життєва ємкість легень (в літрах) у людей різного віку

Як видно з даних, приведених в таблиці 3, величина ЖЄЛ, у людей старечого віку, зменшується до половини відповідних показників молодих людей. В середньому величина ЖЄЛ після досягання 30-річного віку складає 7,5 мл на 1 м² поверхні тіла в рік. Вікові зміни розвиваються нерівномірно і найбільше зменшення ЖЄЛ розвивається між 50 і 60 роками.

Вікові зміни функціональних об'ємів легень розвиваються у чоловіків і жінок неоднаково. Відмічають більш виражене зниження ЖЄЛ у чоловіків, ніж у жінок. За даними досліджень, зменшення цього показника у жінок 80-90 років становить 29,2%, тоді як у чоловіків цього віку зниження ЖЄЛ досягає 42,0%.

Респіраторна функція при старінні має ряд особливостей. Відмічають закономірне прискорення дихання по мірі старіння. Частота дихання що складає 60 - 70 років 19 дихань, на восьмому десятилітті підвищується до 21, а на дев'ятому - до 28 дихальних рухів у хвилину (Таблиця 4).

Таблиця 4. Частота дихальних рухів (М ± m) в хвилину у жінок і чоловіків різного віку

Як видно з таблиці 4, з віком відмічається достовірне прискорення дихальних рухів. Необхідно мати на увазі, що вираженість вікових особливостей вентиляції легень пов'язана із станом здоров'я, ступенем зношення організму. Після 80 років зміни в частоті дихання більше залежить від перенесених захворювань, ніж від наступних змін віку людини. З віком дихання набуває поверхневого характеру. Розвиток поверхневого дихання при старінні організму проявляться у знижених величина дихального об'єму у літніх людей. Дихальний об'єм з віком обмежується більше, ніж ЖЄЛ. Тому величина дихального об'єму, що складає в нормі 25,6% ЖЄЛ, у літніх людей знижується до 14%.

Хоча глибина дихання і дихальний об'єм з віком знижується, це компенсується прискоренням ритму дихальних рухів. В результаті такої перебудови хвилинний об'єм дихання у людей літнього віку і старечого віку залишається на тому же рівні, що і молодих людей (18-20 років), або ж трохи збільшується. При цьому рівність хвилинних об'ємів дихання у молодих і літніх людей не вказує на одинакові умови альвеолярної вентиляції, яка значно погіршується при частому, але поверхневому диханні.

У людей літнього і похилого віку змінюється характер дихальних рухів. Пневмограми при старінні характеризуються збільшенням тривалості видиху, нерівномірність ритму і амплітуди дихальних рухів. Нерівномірність дихальних рухів нерідко проявляється в короткотривалій затримці дихання, періодично глибоких вдихах. Інколи ці порушення набувають характеру патологічного дихання, частіше типу Чейн-Стокса.

Діагностичним методом, що виявляє порушення регуляції дихальних рухів, може бути гіпервентиляція.

Оцінкою функціональних можливостей системи дихання являється показник максимальної вентиляції легень (МВЛ), який найбільш точно характеризує стан функції зовнішнього дихання. З віком МВЛ значно знижується. МВЛ у віці 20-29 років складає 102 л/хв., в 30-39 років - 112, у 40-49 років - 85 і в 50-62 роки - 69 л/хв. в дослідженнях за методикою Bohlau отримані результати характеризують зниження показників МВЛ у людей літнього і похилого віку в порівнянні з молодими людьми (Таблиця 5).

Структурні зміни, що розвиваються при старінні в легенях, значно впливають на обмін і дифузію газів у легенях. Збільшення розмірів альвеол і зменшення їх кількості обмежують у літніх людей дихальну поверхню легень. Погіршення кровоточу, а також вікове потовщення мембран ускладнює газообмін між альвеолярним повітрям і капілярною кров'ю. В результаті цих змін дифузійна здатність легень (визначає кількість газу, що проходить в хвилину через альвеоло-капілярну мембрану з розрахунком на 1 мм рт. ст. різниці парціальних тисків цього газу по дві сторони мембрани) з віком знижується.

Таблиця 5. Максимальна вентиляція легень у різні вікові періоди (в літрах)

Невідповідність між вентиляцією легень і утилізацію кисню, зростаючи при старінні, обумовлено не тільки погіршенням дифузійної здатності і змінами легеневих об'ємів. Цьому допомагає також часте і поверхневе дихання, яке не може в звичайних умовах забезпечити достатньо ефективну альвеолярну вентиляцію. В зниженні ефективності респіраторної функції при старінні має значення дихаючого повітря по різних альвеолах. З віком рівномірність дихального повітря порушується. Результати ряду функціональних проб на нерівномірність альвеолярної вентиляції у здорових людей старших 50 років в 2-3 рази гірше, ніж у молодих людей.

Потреба кисню в спокої з віком знижується з 250-280 мл/хв. у молодих людей до 190 мл/хв. у людей літнього віку. Відзначається зменшення потреби кисню при старінні з 255-248 мл/хв у людей середнього віку (24,8-44,5 років) до 233-167 мл/хв. у людей 50 років і старших. Існує залежність рівня потреби кисню від рухової активності і ступеня зношеності організму людей літнього і пристарілого віку. Так, у відносно бадьорих і рухливих людей літнього і пристарілого віку потреба кисню складає в середньому 202 мл/хв., тоді як у людей того ж віку з вираженими показниками одряхнення цей показник знижується до 190 мл/хв. Відмічений чіткий і різносторонній вплив активного рухового режиму на функцію зовнішнього дихання у літніх і пристарілих людей свідчить про те, що процеси, які лежать в основі вікових змін дихального апарату, не являються абсолютно незворотними, що ціле направлена дія на ці зміни можлива не тільки в молодому віці, але і на пізніх етапах онтогенезу.

Висновки

Зачаток легень людини з'являється на 3-му тижні. Закладка легені являє собою є дивертикулоподібне випинання вентральної поверхні глоткової кишки, яке розростається в каудальном напрямі (і одночасно у вентральному). Дивертикул дає початок епітеліальній вистилці і пов'язаним з нею залозам трахеї, гортані і бронхів, а також респіраторному епітелію альвеол. Сполучна тканина, хрящі і м'язи виникають з клітин мезенхіми, розташованих навколо закладки, що росте.

Розвиток легені можна розділити на кілька етапів:

формування бронхіального дерева (5 тиж - 4 міс);

закладка респіраторних бронхіол (4-4 міс);

розвиток основної маси альвеол та ольвеолярних ходів (6 міс - 8 рік життя).

До етапів постнатального розвитку дихальної функції легень можна віднести:

період новонародженості починається з першого вдоху і закінчується розправленням легеневої тканини посиленням капілярного кровоточу;

перший рік життя - інтенсивний розвиток бронхіального дерева і легеневої паренхіми;

четвертий рік - продовження диференціювання бронхолегеневої системи;

вік 6-7 років - переважає розширення повітряносних шляхів над їх ростом, значне зниження бронхіального опору;

вік 10-11 років - інтенсивний розвиток легеневої паренхіми, збільшення об'ємів легень, поява статевих відмінностей функціональних показників;

вік 12-13 років - період різних рівнів статевого дозрівання організму і розвитку дихальної системи підлітків одного календарного віку.

З віком легенева паренхіма втрачає свою еластичність і піддається атрофії. Альвеолярні перегородки стоншуються і нерідко піддаються зворотному розвитку. При цьому величина легеневих альвеол збільшується. В результаті змін тканини легень дихальна поверхня зменшується.

У всій бронхосудинній сітці розвиваються фіброзні зміни, які значно обмежують рухливість країв легень. Вентиляційну функцію легень погіршують і процеси, які проходять з віком у грудній клітці.

Список використаної літератури

Агаджанян Н.А. Физиология человека: ученик [для студ. мед. специал. высш. учеб. завед.] / Н А. Агаджанян. - М.: Мед. книга, 2001. -526 с.

Атлас микроскопического и ультрамикроскопического строения клеток, тканей и органов: учеб. пособие / В Г. Елисеев. - 2-е изд. - М.: Медицина, 1970.

Атлас анатомии человека: учеб. пособие [для студ. и врачей] / Р.Д. Синельников, Я.Р. Синельников. - М.: Медицина, 1990. - 264 с.

Атлас по гистологии и змбриологии / И.В. Алмазов, Л.С. Сутулов. - 1978.

Афанасьев Ю.В. и др. Лабораторные занятия по курсу гистологии, цитологии и эмбриологии: учеб. пособие [для студ. высш. учеб. завед. ІІІ - ІV уровней акред. мед., биолог. и еколог. cпециал.] / Ю.В. Афанасьев. - М.: Высш. Школа, 1990. - 399 с.

Большая медицинская энциклопедия [под ред. Б.В. Петровского]. - М.: Медицина, 1974-1988.

Властовский В.Г. Акселерация роста и развития у детей / В.Г. Властовський. - М.: Изд-во МГУ, 1992 - 280 с.

Возрастная морфология и физиология: учеб. пособие [под. ред. А.А. Маркосяна]. - М.: Просвещение, 1967. - 303 с.

Волкова О.В., Пекарский М.И. Эмбриогенез и возрастная гистология внутренних органов человека: учебник [для студ. высш. мед. завед. ІІІ - ІV уровней акред.] / О.В. Волкова, М.И. Пекарський. - М.: Медицина, 1976. - 414 с.

Гериатрия: учеб. пособие [для студ. высш. мед. завед. ІІІ - ІV уровней акред.] / [Д.Ф. Чеботарёв, В.В. Фролькис, О.В. Коркушко]. - М.: Медицина, 1990 - 240 ст.

Гжегоцький М.Р., Філімонов В.І., Петришин Ю.С. Фізіологія людини: підручник [для студ. вищ. мед. заклад. ІІІ - ІV рівнів акред., рекомен. cтуд. біолог. та природ. cпеціал. університетів] / М.Р. Гжегоцький, В.І. Філімонов, Ю.С. Петришин. - К.: Книга плюс, 2005. - 495 с.

Гистология: учеб. пособие [под ред. В.Г. Елисеева]. - М.: Медицина, 1963.

Дюбенко К.А. Анатомія людини: підручник [для студ. мед. спец. вищ. навч. заклад.] / К.А. Дюбенко. - К.: ЗАТ «АТЛАНТ', 2002.-689 с.

Есипова М.К. Легкое в норме: учеб. пособие [для студ. и врачей] / М.К. Есипова. - Новосибирск: Наука, 1975. - 285 с.

Иванов И.Ф., Ковальский П.А. Цитология, гистология, эмбриология: учебник [лдя студ. высш. учеб. завед. ІІІ - ІV уровней акред. мед., биолог. и еколог. специал.] / И.Ф. Иванов, П.А. Ковальский. - 2-е изд., исп. и доп. - М.: Колос, 1969. - 695 с.

Карлсон Б. Основы эмбриологии по Пэттену. В 2 т./ Б. Карлсон [пер. с англ.]. - М. Мир, 1983.

Методи клінічних та експериментальних досліджень в медицині / [за ред. проф. І.П. Кайдашева]. - Полтава: Полімет, 2003. - с. 48 - 52

Кнорре А.Г. Эмбриональный гистогенез: учеб. пособие [для студ. высш. мед. науч. завед.] / А.Г. Кнорре. - Л.: Медицина, 1972. - 432 с.

Колесов Д.В., Сельверана Н.Б. Физиолого-педагогические аспекты полового созревания: науч. пособие [для студ. высш. педагог. науч. завед., педагогов] / Д.В. Колесов, Н.Б. Сельверана. - М.: Педагогика, 1979 - 224 с.

Кузнецова Г.Д. Возрастные особенности дыхания детей и подростков: науч. пособие [для студ. высш. мед. завед., врачей, педиатров] / Г.Д. Кузнецова. - М.: Медицина, 1991 - 128 с.

Нейко Є.М., Боцюрко В.І. Внутрішні хвороби: навч. посібник [для студ. вищ. мед. навч. заклад., лікарів-інтернів, терапевтів, сімейних лікарів] / Є.М. Нейко, В.І. Боцюрко. - К.:Здоров'я, 2000. - 524 с.

Нормальна фізіологія: підручник [для студ. мед. спецыал. вищ. навч. заклад.] / [під ред. В.І. Філімонова]. - К.: Здоров'я, 1994 - 608 с.

Нурушев М.Х. Возрастное развитие легких по данным макро- и микроскопических и гистохимических исследований: автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. мед. наук./ М.Х. Нурушев. - М., 1967. - 22 с.

Панасюк Є.М., Корзюк Л.С., Федорів Я.М., Онищенко Ю.В. Фізіологія і патологія системи дихання: підручник [для студ. мед. спеціал. вищ. навч. заклад.] / [Є.М. Панасюк, Л.С. Корзюк, Я.М. Федорів, Ю.В. Онищенко]. - Л.: Світ, 1992 - 216 с.

Петришин О.Л., Попова Е.П. Анатомия, физиология и гигиена детей младшего школьного возраста. - М.: Просвещение, 1979. - 222 с.

Руководство по геронтологии: учеб. пособие [под ред. Д.Ф. Чеботарёва, И.Б. Мальковского, В.В. Фролькыса]. - М.: Медицина, 1978 - 503 с.

Сахарчук І.І., Ільницький Р.І., Бондаренко Ю.М. Клінічна пульмонологія: навч. посібник [для студ. вищ. мед. навч. заклад., лікарів-інтернів, терапевтів, пульмонологів, фтизіатрів] / І.І. Сахарчук, Р.І. Ільницький, Ю.М. Бондаренко; [за ред. проф. І.І. Сахарчука]. - К.: «Книга плюс», 2003 - 368 с.

Свиридов О.І. Анатомія людини: підручник [для студ. вищ. навч. заклад. мед. і біолог. спеціал.] / О.І. Свиридов. - К.: Вища шк., 2001. -399 с.

Эмбриология человека: Атлас. - М.: Медицина, 1976. - 543 с.

Тур А.Ф. Периоды детского возраста / А.Ф. Тур // : Анатомо-физиологические особенности детского возраста. - М.: Медицина, 1990 - с. 22-30.

Фролькис В.В. Регулирование, приспособление и старение: науч. пособие / В.В. Фролькис. - Л.: Наука, 1993 - 432 с.