Дыхание в периоде внутриутробного развития

Лёгкие начинают развиваться у эмбриона на 3 неделе. После 6 месяцев образуются альвеолы, их поверхность начинает покрываться сурфактантом. Посредствам верхних дыхательных путей полость лёгких сообщается с амниотической жидкостью. С 11 недели беременности появляются периодические сокращения инспираторных мышц – диафрагмы и в меньшей степени – межреберных мышц.

Дыхательные движения плода в основном обусловлены активностью дыхательного центра. Их частота увеличивается при увеличении напряжения углекислого газа в крови и ацидозе. Рефлекторные реакции дыхания при раздражении периферических (артериальных) хеморецепторов у плода ещё не развиты. Дыхательные движения плода представляют собой своего рода тренировку дыхательной системы к дыханию после рождения.

Образующаяся плацента становится основным органом внешнего дыхания плода на весь период его развития. В плаценте диффузия кислорода осуществляется менее эффективно, чем в лёгких (толщина плацентарной мембраны в 5-10 раз больше, чем легочной мембраны). В крови пупочной вены (т.е. в артериальной крови плода) парциальное напряжение кислорода обычно составляет 20-50 мм рт.ст. В этих условиях насыщение гемоглобина кислородом осуществляется лишь на 65 %. По отношению к взрослому организму содержание кислорода в крови плода соответствует тяжелой гипоксии (при парциальном напряжении кислорода в артериальной крови 35 мм рт.ст. взрослые теряют сознание). Однако ткани плода для развития получают достаточное количество кислорода за счёт нескольких обстоятельств:

· окислительные процессы в тканях плода имеют относительно невысокую интенсивность, зато более интенсивно протекает гликолиз;

· затраты энергии у плода ограничены;

· кровоток через ткани плода очень интенсивен (в 2 раза больше, чем у взрослых);

· клетки тканей плода эволюционно приспособлены к существованию при низких парциальных напряжениях кислорода;

· снабжению тканей кислородом способствует большее, чем у взрослых, сродство гемоглобина к кислороду.

У плода кривая диссоциации HbF расположена левее, в области более низких величин парциального напряжения кислорода, чем HbA. Для кривой диссоциации плода характерна большая крутизна. Большое сродство Hb плода к кислороду способствует образованию оксигемоглобина в плаценте, а большая крутизна кривой – отдаче кислорода тканям. “Рабочая часть” кривой диссоциации оксигемоглобина у плода находится в пределах 9-50 мм рт.ст. Напряжение углекислого газа в артериальной крови плода составляет 38-45 мм рт.ст., что близко к парциальному напряжению углекислого газа в артериальной крови у взрослых. Иногда парциальное напряжение углекислого газа даже ниже (32-33 мм рт.ст., гипокапния), чем у взрослых. Невысокое парциальное напряжение углекислого газа в артериальной крови плода объясняется гипокапнией беременных. Причиной является гипервентиляция беременных, обусловленная влиянием прогестерона на дыхательный центр.

Углекислый газ переносится кровью плода, как и у взрослых в трех формах: растворенный, бикарбонатный и карбонатный. Содержание углекислого газа в смешанный крови плодов обычно находится в пределах 400-500 мл/л (у взрослых в венозной крови – 580 мл/л).

ЛЁГКИЕ ПЛОДА. Начинают развиваться у эмбриона на 3 неделе. После 6 месяцев образуются альвеолы. Посредством верхних дыхательных путей полость лёгких сообщается с амниотической жидкостью. После 6 месяцев поверхность альвеол начинает покрываться сурфактантом. Секрецию сурфактанта усиливают глюкокортикоиды, катехоламины, простагландин Е.

ДЫХАТЕЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ПЛОДА. С 11 недели беременности появляются периодические сокращения инспираторных мышц – диафрагмы и в меньшей степени – межреберных мышц. В конце беременности дыхательные движения занимают 30-70 % всего времени. Различают два типа движений:

1) короткие, с высокой частотой (30-100 в минуту) и неправильным ритмом – продолжаются длительное время;

2) более сильные и редкие, с частотой 1-4 в минуту (типа “вдохов”), наблюдаются реже и составляют примерно 5 % от времени дыхания.

Дыхательные движения плода в основном обусловлены активностью дыхательного центра продолговатого мозга. Они имеют место при нормальном газовом составе крови плода. Их частота увеличивается при гиперкапнии и ацидозе. Рефлекторные реакции дыхания при раздражении периферических (артериальных) хеморецепторов у плода ещё не развиты. Дыхательные движения плода представляют собой своего рода тренировку дыхательной системы к дыханию после рождения.

4. Дыхание в периоде новорождённости. Первый вдох ребёнка

Масса лёгких у новорождённого составляет около 50 г. Ацинусы недостаточно дифференцированы. Количество альвеол у новорождённых – 24 млн. (их количество – в 10-12 раз, а диаметр – в 3-4 раза меньше, чем у взрослых). Первый вдох наступает через 15-70 секунд после рождения, обычно после пережатия пуповины (иногда – до него), то есть сразу после рождения. Условия возникновения первого вдоха:

· наличие в крови гуморальных раздражителей дыхания: гиперкапнии, ацидоза и гипоксии, которые в отличие от взрослых могут возбуждать дыхательный центр, действуя непосредственно на мозговую ткань;

· резкое усиление потока афферентных импульсов от терморецепторов, проприорецепторов кожи и вестибулорецепторов (в процессе родов и сразу после рождения). Эти импульсы активируют ретикулярную формацию ствола мозга, которая повышает возбудимость нейронов дыхательного центра;

· устранение источников торможения дыхательного центра. Так, раздражение жидкостью рецепторов, расположенных в области ноздрей, сильно тормозит дыхание – “рефлекс ныряльщика”. Поэтому сразу после появления из родовых путей головки плода акушеры удаляют с личика слизь и околоплодные воды, а иногда отсасывают жидкость из воздухоносных путей.

Первый вдох характеризуется сильным инспираторным возбуждением мышц вдоха. При этом происходит сильное снижение внутриплеврального давления (на 20-80 см вод.ст.; при последующих вдохах – лишь на 5) – начинается аэрация лёгких. Резкое падение давления необходимо для:

1) преодоления силы трения между жидкостью, находящейся в воздухоносных путях и их стенкой;

2) преодоления силы поверхностного натяжения альвеол на границе жидкость-воздух после попадания в них воздуха.

У части детей первый вдох бывает слабым (пониженное давление в плевральной полости на 3-10 см вод.ст.) В этих случаях аэрация лёгких начинается во время второго тоже сильного вдоха.

3. Аэрация лёгких у новорождённых

После первого выдоха в лёгких остается от 4 до 50 мл (иногда до 80 мл) воздуха. Далее функциональная остаточная ёмкость увеличивается от вдоха к вдоху. За первые 10-20 мин. она достигает примерно 75 мл. Аэрация лёгких обычно заканчивается ко 2-4 дню после рождения, когда функциональная остаточная ёмкость достигает примерно 100 мл.

Во время первого вдоха жидкость из воздухоносных путей поступает в альвеолы. Часть легочной жидкости удаляется при первых выдохах через верхние дыхательные пути. Спокойные вдохи у новорождённых перемежаются глубокими вздохами, способствующими аэрации лёгких и равномерному распределению воздуха в них, препятствуют образованию ателектазов. Аэрации лёгких способствует также увеличение сопротивления воздухоносных путей во время выдоха вследствие сужения голосовой щели (особенно при крике). Увеличение сопротивления препятствует выдоху воздуха из лёгких и спадению альвеол. После крика функциональная остаточная ёмкость у новорождённых увеличивается.

Спокойное дыхание у новорождённых является диафрагмальным. Малая абсолютная величина функциональной остаточной ёмкости (около 100 мл) требует достаточно высокой частоты дыхания и небольшой величины дыхательного объёма, иначе состав альвеолярного воздуха сильно изменялся бы в течение дыхательного цикла.

Частота дыхания у новорождённых достигает 30-70 в минуту. Дыхательный объём составляет примерно 17 мл. Выдохи имеют разную продолжительность. Спокойные выдохи в основном пассивны.

Объём мертвого пространства у новорождённых – 4-6 мл. Воздухоносные пути у новорождённых узкие, их аэродинамическое сопротивление в 8 раз выше, чем у взрослых.

Сочетание высокой растяжимости стенок грудной полости и низкой растяжимости лёгких является причиной низкой величины эластической тяги лёгких при выдохе, что определяет значительно меньшее отрицательное давление в плевральной полости у новорождённых (0,2-0,9 см вод.ст.), чем у взрослых (2 см вод.ст.). При этом снижение давления в плевральной полости при вдохе у новорождённых имеет большую величину (5 см вод.ст.), чем у взрослых (2-3 см вод.ст.).

Минутный объём дыхания у детей 1-14 суток жизни составляет около 500-900 мл/мин (у взрослых 6-9 л/мин).

Величина альвеолярной вентиляции у новорождённых – 400-500 мл/мин (у взрослых 5-6 л/мин).

Жизненная ёмкость лёгких (крика) новорождённого – 120-150 мл (у взрослых 3000-5000).

4. Транспорт газов кровью. Газообмен в лёгких

ТРАНСПОРТ ГАЗОВ КРОВЬЮ. Вследствие относительно высокой альвеолярной вентиляции в альвеолярном воздухе новорождённых содержится больше кислорода (17 %), чем у взрослых (14 %), и меньше углекислого газа (3,2 % относительно 6 % у взрослых). Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе относительно велико (120 мм рт.ст.). Вентиляция и перфузия (на 1 кг массы тела) выше, чем у взрослых. Кровоток через лёгкие превосходит вентиляцию, а также отношение вентиляции к перфузии (кровотоку через малый круг кровообращения), которое у новорождённых составляет 0,65 (у взрослых – 0,8). Вентиляция лёгких у новорождённых неравномерна вследствие низкой вентиляции части альвеол.

Таким образом, для новорождённых по сравнению со взрослыми характерны: относительно высокая альвеолярная вентиляция; низкое отношение вентиляции к перфузии; небольшие гипоксия и гипокапния.

Насыщению крови кислородом способствует то, что кривая диссоциации оксигемоглобина у новорождённого смещёна влево из-за наличия в крови HbF (примерно 70 %) и относительно низкого содержания 2,3-дифосфоглицерата.

Поглощение кислорода тканями у ребёнка в первые минуты после рождения составляет примерно 10 мл/кг мин, т.е. идёт компенсация кислородного долга, возникающего в процессе родов и после перевязки пуповины. Через 30-60 минут после рождения потребление кислорода снижается и составляет у новорождённых 5-6 мл/кг в минуту (у взрослых – 4 мл/кг в мин.).

Метаболический ацидоз в первые часы жизни считается целесообразным, так как снижается pH крови, что стимулирует деятельность дыхательного центра.

Через 35-40 суток после рождения подавляющее количество Hb уже представлено HbA, поэтому кривые диссоциации оксигемоглобина уже мало отличаются от кривых у взрослых. Вследствие высокого парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе напряжение кислорода в артериальной крови и насыщение Hb кислородом у детей выше, чем у взрослых.

В целом ткани детей надежно снабжаются кислородом за счёт интенсивной вентиляции лёгких и большой скорости кровотока (несмотря на невысокую кислородную ёмкость крови). Низкое напряжение углекислоты в альвеолярном воздухе и артериальной крови способствует диффузии углекислого газа из тканей в кровь и из крови в альвеолы.

ГАЗООБМЕН В ЛЁГКИХ. Вследствие высокой интенсивности вентиляции альвеолярного пространства альвеолярный воздух у детей по составу меньше отличается от атмосферного воздуха, чем у взрослых.

Напряжение кислорода в венозной крови, притекающей к легким у детей ниже (в 5 лет примерно 35 мм рт.ст.), чем у взрослых (40 мм рт.ст.). Соответственно градиент давлений, обеспечивающий диффузию кислорода через легочную мембрану, у детей выше. Напряжение кислорода в артериальной крови у детей выше (105-108 мм рт.ст.), чем у взрослых (100 мм рт.ст.).

Напряжение углекислого газа в венозной крови у детей также ниже, чем у взрослых. Относительно низкое напряжение углекислого газа обеспечивает у них меньшее (чем у взрослых) его напряжение в артериальной крови.