Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу

Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу

Вступ

Актуальність роботи полягає в тому, що ми, спираючись на порівняльний та еволюційний підхід до питання будови та функції органів дихальної системи (і особливо легень), прагнули дати максимально чіткі вікові характеристики будови і функції дихальної системи. Людина досягла найвищого ступеня складності у будові дихальної системи. Тому важливим є детально висвітлити особливості будови легень людини і їх функціонування на всіх етапах онтогенезу.

Легені розвиваються з похідних двох зародкових листків: ектодерми і мезодерми. Непарний ентодермальний зачаток епітеліального характеру виникає в ділянці передньої кишки. Він виявляється вже у ембріона завдовжки 3 мм. У 4-міліметрового зародка (біля 3 тижнів) від каудального кінця зачатка відходять дві нирки, що формують в подальшому два головні бронхи. Потім, деревовидно розгалужуючись, зачаток проникає в целомічну частину тіла. Тут він «одягається» по периферії сомато-плевральною мезенхімою. До кінця першого місяця зачаток легені представлений рихлим мезенхімним синцитієм, усередині якого знаходяться епітеліальні тяжі, що галузяться, і трубки. Через 5 тижнів починається поділ органу на долі.

У розвитку легень в даний час виділяють три основні періоди, або стадії: 1) залозисту, протягом якої розвиваються повітряносні шляхи; 2) каналікулярну, коли формуються респіраторні бронхіоли; 3) альвеолярну, коли утворюються альвеолярні ходи і альвеоли.

Метою дослідження було встановлення шляхів онтогенетичного розвитку легень у людини, детальне вивчення їх морфологічної, цитологічної та анатомічної будови, дослідження їх функціонування.

Для виконання дослідження було поставлено такі завдання:

на основі даних макро-, мікро морфологічного і гістохімічного вивчення розглянути питання ембріогенезу легень, періодизацію їх формування;

визначити основні етапи розвитку легень у людини в постнатальному періоді і їх функціональні зміни;

дати характеристику стану легень на пізніх етапах онтогенезу.

Наукова новизна дослідження полягає в тому, що було взаємозв'язано проведено аналіз ембріогенезу, будови і функцій легень у людини на всіх етапах онтогенезу.

Практичне значення роботи полягає в тому, що проведене дослідження може бути використане у роботі вчителів, при викладанні у школі теми «Дихальна система людини», а також у вищих навчальних закладах, що вивчають «Анатомію людини», «Гістологію», «Педіатрію».

1. Огляд літератури

1.1 Анатомічна будова легень людини

Дихання – необхідний для життя процес постійного обміну газами між організмом і навколишнім середовищем. Дихання забезпечує постійне надходження в організм кисню, необхідного для здійснення окислювальних процесів, що є основним джерелом енергії. Без доступу кисню життя може продовжуватися лише декілька хвилин. При окислювальних процесах утворюється вуглекислий газ, який повинен бути видалений з організму [15].

Дихальна система людини складається з тканин і органів, що забезпечують легеневу вентиляцію і легеневий подих. До повітряносних шляхів відносяться: ніс, порожнина носа, носоглотка, гортань, трахея, бронхи і бронхіоли. Легені складаються з бронхіол і альвеолярних мішечків, а також з артерій, капілярів і вен легеневого кола кровообігу. До елементів кістково-м'язової системи, зв'язаним з подихом, відносяться ребра, міжреберні м'язи, діафрагма і допоміжні дихальні м'язи [8, 13].

Транспорт газів і інших необхідних організму речовин здійснюється за допомогою кровоносної системи, а дихальна система забезпечує надходження в організм кисню і видалення вуглекислого газу; тобто функція дихальної системи зводиться лише до того, щоб постачати в кров достатньою кількістю кисню і видаляти з неї вуглекислий газ.

У поняття дихання включають наступні процеси [1, 11,! 4]:

1) зовнішнє дихання – обмін газів між зовнішнім середовищем і легенями – легенева вентиляція;

2) легеневе дихання – обмін газів в легенях між альвеолярним повітрям і кров'ю капілярів;

3) транспорт газів кров'ю, перенесення кисню від легенів до тканин і вуглекислого газу з тканин в легені;

4) обмін газів в тканинах;

5) внутрішнє, або тканинне, дихання – біологічні процеси, що відбуваються в мітохондріях клітин. Цей етап дихання є предметом розгляду у курсі біохімії. Порушення будь-якого з цих процесів створює небезпеку для життя людини.

Бронхи – це кінцева система повітряносних шляхів, що розгалужуються від трахеї до легеневих бронхіол, утворюючи бронхіальне дерево. Правий та лівий головні бронхи розходяться від трахеї під кутом ~70° і прямують до воріт відповідної легені. Правий головний бронх коротший та ширший за лівий, вертикальніше спрямований і є немов би продовженням трахеї. Над правим головним бронхом проходить непарна вена, а над лівим – дуга аорти. Стінки головних бронхів за будовою подібні до стінки трахеї. Її основу складають півколові хрящі, незамкнені ззаду. У воротах легень головні бронхи розгалужуються на бронхи меншого діаметру, відповідно до часток та сегментів легень – часткові та сегментарні бронхи. Справа розрізняють верхній частковий, стовбуровий, середній частковий і нижній частковий бронхи; зліва – верхній і нижній часткові бронхи. Їх відповідно поділяють на сегментарні та субсегментарні. З подальшими дихотомічними поділами гілок сегментарних бронхів, які змінюються від 8 до 25 разів залежно від локалізації та індивідуальних особливостей розгалуження бронхіального дерева. У їхній стінці поступово зменшується, а потім і зникає хрящ, який замінюється перетинкою з еластичних та м’язових волокон. Слизова оболонка бронхів вкрита війчастим епітелієм. Підслизовий прошарок містить бронхіальні залози [1, 2, 6,14].

Бронхи закінчуються бронхіолами, що переходять у термінальні бронхіоли, а останні – у дихальні бронхіоли, на стінках яких є окремі легеневі пухирці – альвеоли. Дихальні бронхіоли продовжуються в альвеолярні ходи, які закінчуються сліпими розширеними кінцями – альвеолярними мішечками або альвеолами. До респіраторної зони дихальної системи входять усі структурні елементи – від дихальних бронхіол до альвеол [11, 14].

Епітеліальний покрив слизової оболонки бронхів складається з псевдобагатошарового призматичного війчастого епітелію, який на рівні субсегментарних бронхів поступово переходить у циліндричний війчастий епітелій, а на рівні термінальних бронхіол – в одношаровий кубічний війчастий епітелій. Дихальні бронхіоли вкриті кубічними клітинами епітелію без війок, альвеоли – шаром альвеолярного епітелію, розташованого на базальній мембрані [3, 11, 22].

Легені – масивний орган, до складу якого входять права та ліва легені. Вони заповнюють майже всю грудну порожнину (4/5 її об’єму), мають форму конуса, який основою прилягає до діаграми, а верхівкою виходить за межі ребер і виступає на 20–30 мм вище від ключиці. Між верхівкою і основою лежить тіло легень. Поверхня, що прилягає до ребер і має на собі відбиток, називається реберною.

Нижня частина легені (основа), що прилягає до діафрагми, називається діафрагмальною, а частина легені, обернена в бік однойменної поверхні, протилежної легені, – медіальною поверхнею. Медіальна поверхня називається ще середостінною (обернена до органів середостіння) [3, 27].

Права легеня більша за ліву, двома площинами (горизонтальною й косою) вона ділиться на три частки: верхню, середню й нижню. Ліва легеня менша за розмірами, ділиться вона косо на дві частки: верхню і нижню. Частки в свою чергу поділяються на бронхолегеневі сегменти. У правій легені виділяють 11 сегментів, у лівій – 10. До кожного сегмента входять сегментарний бронх і відповідна гілочка легеневої артерії. На медіальній поверхні лівої легені є серцева ямка, а на передньому краї – серцева вирізка (Додаток 1) [1, 14, 27].

Маса легень 0,5–0,6 кг, колір у них сірувато-рожевий. На середостінній артерія й нерви, що іннервують легені та бронхи, а виходять дві легеневі вени та легеневі лімфатичні судини, зв’язані сполучною тканиною. Ці елементи утворюють корінь легені, яким вона фіксується в грудній порожнині.

Легенева часточка є структурною одиницею легень (приблизно 8 часточок в одному сегменті), яка має форму неправильної піраміди, основою оберненою до зовнішньої поверхні легень, а верхівкою – до внутрішньої. Часточки відділені одна від одної сполучною тканиною.

Функціональною одиницею легеневої часточки є ацинус. До складу легеневої часточки входить 16–18 ацинусів. Ацинус побудований із трьох частин:

альвеолярних бронхіол (І, ІІ, ІІІ порядків);

альвеолярних ходів (або проток);

альвеолярних мішечків. [13, 15]

Альвеолярні бронхіоли І порядку утворюються у результаті дихотомічного поділу термінальних бронхіол. Вони мають таку ж довжину і діаметр, а також будову стінки, як і термінальні бронхіоли, але епітелій їх не має війчастих клітин. Основною відмінною рисою цих бронхіол є наявність у стінці маленьких комірок – альвеол. Альвеолярні бронхіоли ІІ порядку мають меншу довжину, а кількість альвеол у їх стінці зростає. Альвеолярні бронхіоли ІІІ порядку ще коротші – до 500 мкм і мають ще більше альвеол. Альвеолярні (респіраторні) ходи мають діаметр у два рази більший, ніж альвеолярні бронхіоли, і велику кількість альвеол, між якими лишаються невеликі проміжки власної стінки альвеолярної протоки. Альвеолярні мішечки побудовані з кількох альвеол, розташованих одна біля одної.

Альвеола легені – це відкритий пухирець, заповнена повітрям комірка через тонку стінку якої відбувається газообмін. Загальна кількість альвеол в одній легені дорослого – 300 – 400 мільйонів. Максимальна поверхня усіх альвеол у дорослого під час вдихання повітря досягає 100 м²

Внутрішня поверхня альвеол покрита поверхнево-активною речовиною – сурфактантом (Додаток 6). Вважають, що сурфактант є продуктом секреції гранулярних клітин і до його складу входять фосфоліпіди, білки та глікопротеїди. Прийнято вважати, що загальна поверхня альвеол (коливається в межах 40–120 мл), через яку здійснюється газообмін, залежить від ваги тіла. З віком відзначається зменшення площі поверхні альвеол [7].

1.2 Функції дихальної системи

Газообмін у легенях відбувається між повітрям альвеол і кров’ю, яка їх обмиває. У свою чергу при диханні повітря альвеол повинне обмінюватися із зовнішнім повітрям. Але якими б глибокими не були дихальні рухи, повного обміну альвеолярного повітря на атмосферне ніколи не буває. Прийнято визначати показники, що характеризують зовнішнє дихання, – статистичні і динамічні. Більшість із них багато в чому залежить від о’єму грудної порожнини і рухомості грудної клітки. До статистичних належать такі показники.

1. Дихальний обсяг (ДО) – кількість повітря, що надходить у легені за один спокійний вдих (500 мл.).

2. Резервний об’єм вдиху (РОвд) – максимальна кількість повітря, яку людина може вдихнути після нормального вдиху (2500 мл.).

3. Резервний обсяг видиху (РОвид) – максимальна кількість повітря, яку людина може видихнути після спокійного видиху (1000 мл.).

4. Життєва ємкість легень (ЖЄЛ) – найбільша кількість повітря, яке людина може видихнути після максимального глибокого вдиху. Цей сумарний показник легко визначити, знаючи попередні величини: ЖЄЛ=ДО+РОвд+РОвид.

ЖЄЛ залежить від віку, статі, росту, маси тіла і фізичного розвитку людини.

5. Залишковий обсяг (ЗО; 1000 мл.) – повітря, яке залишається після максимально глибокого видиху.

6. Загальна ємкість легенів (ЗЄЛ) – кількість повітря, яке міститься на висоті максимуму вдиху: ЗЄЛ=ЖЄЛ+ЗО.

7. Обсяг дихальних шляхів (» мертвий простір», МП) дорівнює в середньому 150 мл.

8. Функціональна залишкова ємкість (ФЗЄ) – кількість повітря, яка залишається в легенях у кінці видиху: ФЗЄ= РОвид+ЗО.

Вентиляція легень залежить від співвідношення обновлюваного за кожний дихальний цикл об’єму повітря і об’єму повітря, що міститься в легенях. Так, якщо при спокійному диханні в легені надходить близько 500 мл повітря, то цей об’єм додається до ЗО і РОвид, який дорівнює близько 2000 мл. Але частина повітря, що вдихається, не доходить до альвеол і залишається в дихальних шляхах.

У зв’язку з наявністю МП альвеолярна вентиляція відрізняється від легеневої: із 500 мл повітря до альвеол не доходить 150 мл. Тобто за кожний дихальний цикл до альвеол надходить близько 350 мл повітря, що складає приблизно 1/7 всього повітря, що міститься в альвеолах. Природно, що чим глибше дихання, тим інтенсивніша альвеолярна вентиляція, оскільки з одного боку, при глибокому видиху в легенях залишається менше повітря. А з другого – при форсованому диханні істотно збільшується ДО.

Для характеристики дихання людини визначають ще ряд динамічних показників, що дають уявлення про дихання за певний час (частіше за 1 хв). До них належать такі.

Частота дихальних рухів (ЧДР).

Хвилинний об’єм дихання (ХОД) – кількість повітря, що надходить у легені за 1 хв: ХОД=ДО∙ЧДР.

Альвеолярна вентиляція (АВ) характеризує вентиляцію альвеол: АВ=(ДО-МП)∙ЧДР.

Максимальна вентиляція легень (МВЛ) – кількість повітря, яке людина вдихає і видихає при максимальній глибині і частоті дихання.

Резерв дихання – різниця між МВЛ і ХОД.

Коефіцієнт легеневої вентиляції (КЛВ) – та частина повітря, яка обмінюється в легенях під час кожного вдиху: КВЛ=(ДО – МП): ФЗЄ.

Коефіцієнт альвеолярна вентиляція/легеневий кровотік: АВ: ЛК=4 л: 5 л =0,8.

Крім дихальної, легені виконують багато інших функцій: метаболічну, терморегулівну, всмоктувальну, гемокоагуляційну, секреторну, очисну і бар’єрну

Найвагоміша роль легень полягає у метаболізмі жирів. Більшість ліпідів використовується для синтезу поверхнево-активних речовин – сурфактанту, а також простогландинів. Близько 13 – 19% жирних кислот, які надходять у легені, використовуються для бета-окислення і вивільнення енергії, необхідної для біосинтезу сурфактант. без якого неможливе функціонування альвеол.

Здійснення терморегулівної функції легень відбувається за рахунок екзотермічних процесів окислення і зміни капілярного кровотоку.

Всмоктувальна функція легень реалізується завдяки високій проникності біологічних мембран аерогематичного бар’єру для жиро- і водорозчинних речовин з низькою молекулярною масою. Так, відбувається всмоктування в кров випарів йоду, фосфору, ртуті, хлороформу, ефіру тощо.

Легені беруть активну участь у тромбопластиноутворенні, метаболізмі гепарину, протромбіну, плазміногену, синантрину. Остання речовина запобігає внутрішньо судинному згортанні крові.

Надзвичайно важливі секреторна, очисна і бар’єрна функції дихальної системи, які реалізуються переважно мукоциліарним апаратом бронхіального дерева. Секреторна функція здійснюється залозами і секреторними клітинами трахеї і бронхів. Серозно-мукозний секрет, об’єм якого в нормі становить 300–400 мл на добу і значно збільшується при патології, зволожує і захищає поверхню дихальних шляхів, зменшує втрату води при випаровуванні. Очисна і бар’єрна функції реалізуються за рахунок очищення вдихуваного повітря й елімінації сторонніх частинок мукоциліарним апаратом, судинно-лімфатичного механізму очищення і нейтралізації багатьох біологічно активних речовин у малому колі кровообігу. Легені – важливий орган антипротеїнового захисту організму. Синтезованим альфа-1-інгібітором протеїнах нейтралізуються протеолітичні ензим екзо- й ендогенного походження.

В анатомії та гістології застосовують різні методи дослідження. Найважливішими є такі [3]:

1. Мікроскопія;

2. Соматоскопія;

3. Препарування;

4. Метод мацерації;

5. Ін'єкційний метод;

6. Просвітлення;

7. Корозійний метод;

8. Рентгеноскопія і рентгенографія органів і частин тіла;

9. Макроскопічне дослідження за методом В.П. Воробйова;

10. Метод розпилювання замороженого трупа або окремих його частин за М. І. Пироговим;

11 Гістологічні та гістохімічні методи.

Сучасна гістологія має широкий арсенал різноманітних методів дослідження. Усі ці методи поєднує застосування спеціального приладу – мікроскопа, і тому вони є мікроскопічними методами. Залежно від стану досліджуваного об’єкта ці методи поділяють на вітальні – коли вивчається живі клітини, тканини, органи і навіть цілі організми, та поствітальні – коли досліджують мертві фіксовані об’єкти.

Становлення поствітального методу або методу виготовлення постійного гістологічного препарату, що називається методом класичної гістології.

Перший етап під час виготовлення препарату – одержання матеріалу. Для вирізання шматочка органу чи тканини, треба брати гострі ножиці чи лезо, не стискати тканину пінцетом. Шматочки беруть невеликих розмірів – близько 1 см. Матеріал повинен бути свіжим, брати його якомога швидше після забивання експериментальної тварини або смерті людини.

Наступний етап – фіксація матеріалу, яка здійснюється шляхом занурення взятого шматочка у фіксальну рідину (етиловий, метиловий спирти, розчин формаліну)

Третій етап – зневоднення фіксованого матеріалу. Для цього використовують спирти різних концентрацій, що поступово зростають від 50–70 до 100 градусів. Зневоднення необхідне для наступного етапу – ущільнення об’єкта, яке здійснюється у парафіні, целоїдині, синтетичних смолах. Для просочення ними матеріалу необхідно ретельно видалити воду з тканин, а потім просочити її ксилолом (толуолом, бензолом), тобто речовиною, яка добре розчиняє парафін, а також змішується зі 100-градусним етиловим спиртом. Після просочення об’єкта рідким парафіном за температури 55–56˚С йому дають затверднути за кімнатної температури разом з парафіном у спеціальних формочках. Так отримують парафіновий блок. Ця процедура називається заливкою.

Ущільнення матеріалу дає змогу виготовити з нього тонкі (завтовшки 5–7 мкм), півтонкі (0,5–1 мкм) зрізи, які використовують для світлової мікроскопії, для електронної мікроскопії використовують ультратонкі зрізи (0,05–0,2 мкм). Виготовлення зрізів проводять на спеціальних приладах – мікротомах і ультрамікртомах. Для того, щоб розрізняти структурні деталі об’єкта, отриманий зріз треба фарбувати.

Гістологічні барвники є рослинні (гематоксилін), тваринні (кармін), синтетичні (еозин, фуксин).

Фарбовані препарати звичайно обезводнюють у спиртах, просвітлюють у ксиолі і, заливаючи тонким шаром канадського бальзаму, накривають покривним склом. Після висихання бальзаму отримують постійний препарат, яким можна користуватись протягом тривалого часу.

В нашій роботі ми використовували препаровані органи, фіксовані мікрозрізи та гістологічні препарати органів дихальної системи людини.

Препарувавши органи дихальної системи, їх будову макроскопічно. З різних відділів забирали сегменти для гістологічного дослідження. Взяті сегменти фіксували в 10% розчині формаліну і по загальноприйнятій гістологічній методиці заливали в парафін. Зрізи з парафінових блоків виготовляли товщиною 5–15–20 мкм, фарбували гематоксилін-еозином і вивчали під світловим мікроскопом при різних збільшеннях [4].

Для визначення функції зовнішнього дихання використовують функціонально-діагностичні методи:

Спірографія – це графічне реєстрування змін об’єму легень під час дихання. Спірографія дозволяє одержати показники, які описують вентиляцію легень: статистичні об’єми та ємкості, які характеризують пружні властивості легень і грудної клітки, та динамічні показники, що визначають кількість повітря під час вдиху та видиху за одиницю часу. Показники визначають у режимі спокійного дихання, а деякі – при проведенні форсованих дихальних маневрів. За технічним виконанням усі спірографи поділяють на прилади відкритого та закритого типу. В апаратах відкритого типу через клапанну коробку вдихається атмосферне повітря, а повітря, що видихається, надходить до мішка Дугласа чи до спірометра Тісо (ємкістю 100 – 200 л), інколи – до газового лічильника, який безперервно визначає об’єм повітря, що вдихається. Зібране таким чином повітря аналізують: у ньому визначають поглинання кисню та виділення вуглекислого газу за одиницю часу. В апаратах закритого типу вдих та видих проводиться через дзвін спірографу. Вуглекислий газ, що видихається, поглинається спеціальним поглиначем (Додаток 10).

Пневмотахографія (ПТГ) – метод дослідження функції зовнішнього дихання, який полягає у графічній реєстрації швидкості руху потоку повітря (кривої «потік-об’єм») при спокійному диханні і під час виконання певних дихальних маневрів. Метод спрямований на діагностику виду й ступеня вентиляційних порушень легень на підставі аналізу кількісних та якісних змін пневмотахографічних показників.

Пневмотахограма, що реєструється при спокійному диханні, – це перша похідна спірограми, і, навпаки, спірограма може бути отримана в результаті інтегрування пневмотахограми. Хоча крива «потік-об’єм» містить в основному ту саму інформацію, що і звичайна спірограма, наочність співвідношення між потоком і об’ємом дозволяє більш глибоко проникнути у функціональні характеристики як верхніх, так і нижніх дихальних шляхів.

Крім того, для вивчення різних стадій онтогенезу використовували архівний матеріал (гістологічні препарати) кафедри гістології та ембріології Івано-Франківського національного медичного університету, а також дані наукової медичної літератури Івано-Франківської обласної медичної літератури.

3. Результати досліджень та обговорення

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. Формуючись в трубку, ця закладка відшнуровується від кишки в своєму каудальному кінці, все більш віддаляється від кишки до тих пір, поки не залишається невелика пов'язуюча ділянка. Ця ділянка і є примітивний вхід в гортань. Якщо це відділення відбулося не повністю, то між гортанню (або трахеєю) і стравоходом можуть виявлятися аномальні утворення.

3.1 Ембріогенез легень

Розвиток легенів можна розділити на декілька періодів (Додаток 8). Протягом першого з них, що продовжується з 5-го тижня до 4-го місяця розвитку, формується бронхіальне дерево. У наступному періоді (4–6-й місяць внутріутробного розвитку) закладаються респіраторні бронхіоли. Нарешті, з 6-го місяця починається третій період, що продовжується і після народження приблизно до 8-річного віку. В цей час розвивається основна маса альвеолярних ходів і альвеол.

Гістогенетичні і формоутворюючі процеси в легенях складні, і до теперішнього часу ряд важливих моментів (наприклад, питання про походження альвеолярної вистилки) залишається не цілком ясним. Немає єдиної думки і про механізм формоутворюючих і гістогенетичних процесів, що призводять до переходу закладки легені від так званої залозистої до каналікулярної і альвеолярної стадій.

Закладка бронхіального дерева і легенів по механізму виникнення і формі нагадує закладку великої залози. Приблизно до 18 тижнів розвитку закладка продовжує нагадувати залозу (залозиста стадія). Перехід від залозистої до каналікулярної і далі альвеолярної стадій зв'язується більшістю сучасних авторів з пенетрацією закладки кровоносними судинами.

Трансформація легенів, що розвиваються, починається із збільшення діаметру закладок, що мають форму залоз. Там, де сусідні просвіти розширюються, тканина між ними розтягується, стоншується, епітеліальна вистилка втрачається. Врешті-решт перегородка втрачає клітинну структуру і складається в основному з волокон ретикулінів. Подальше стоншування призводить до розриву перегородки. Кінці розірваних волокон скорочуються і товщають. Таким чином виникає типова каналікулярна структура із залишками септ, виступаючими в канали «нішами», залишками зруйнованих залоз. Значна кількість кубічних епітеліальних клітин виявляється десквамірованими. Часто можна бачити групи «залоз», які вільно лежать в просвіті каналів. Епітеліальні клітини зберігаються в ділянці виступів («стиків») каналів і, можливо, відіграють роль в епітелізації альвеол.

Проте навряд чи варто вважати обидва описаних вище за механізм переходу від залозистої до каналікулярной стадії такими, що взаємно виключають один одного. Скоріше навпаки: розвиток закладки відбувається у взаємодії з вростаючими судинами, роль яких в гістогенезі легенів не слід применшувати.

У ранні терміни розвитку кровоносні судини розташовуються в закладці легені серед мезенхіми на значній відстані від повітряносних шляхів, що формуються. На 19–20-му тижні розвитку капіляри вперше приходять в тісний контакт з епітелієм альвеолярних ходів. Подальший розвиток капілярної мережі відбувається в ще тіснішому зв'язку з диференціюванням легеневої тканини (стромальних і епітеліальних елементів). Мабуть, поліпшення кровопостачання призводить до посилення проліферації клітинних елементів строми, диференціюванню еластичних і інших сполучнотканинних волокон.

Після відділення стравоходу і глотки трахейна частина дихальної трубки, що утворилася, швидко росте донизу, і до кінця 4-го тижня зародкового розвитку на дистальному кінці трубки виникають два асиметричні потовщення (первинні бронхіальні нирки), що є зачатками головних бронхів, причому праве випинання більше лівого, цим зумовлюється велика ширина правого бронха у дорослих. Сліпі кінці нирок активно проліферірують і є потенційно бронхіальним деревом і респіраторним епітелієм. Незабаром після цього кожний сліпий ентодермальний виріст дає початок ще одному випинанню у вентральному напрямі, а потім правий ентодермальний виріст дає початок краніодорсальному виросту, який пізніше стає верхньодолевим бронхом. Таким чином, на цій стадії (початок 2-го місяця розвитку) нирка правої легені володіє трьома бронхіальними виростами, а ліва – тільки двома. Ці ентодермальні вирости представляють в принципі гілки бронхіального дерева дорослого, а разом з мезенхімою, що оточує їх, дають початок кінцевим долям легенів дорослої людини.

Бронхи, вростаючи в мезенхіму, (навколишню епітеліальну трубку передньої кишки), дихотомічно гілкуються, утворюючи весь час на своїх кінцях кулясті розширення, з яких походить розгалуження бронхів все меншого калібру. Отже, моноподіальне галуження з 5 тижня поступається місцем дихотомічному. Процес галуження бронхів в ході ембріонального розвитку характеризується нерівномірністю в часі. Вони виявили пайові бронхи лише десь біля 6-го тижня розвитку. До кінця 6-го тижня розвитку з'являються сегментарні бронхи. Приймаючи за першу генерацію сегментарний бронх, налічується після 14-го тижня близько 15 генерацій бронхів. У крупніших сегментах зростання і галуження бронхів тривають до 16-го тижня. В результаті в крупних сегментах до цього моменту налічується 20–25 генерацій бронхів. Виключно цікаво, що в період між 10-м і 14-м тижнями внутріутробного розвитку наголошується різке прискорення процесу галуження бронхів: до 70% генерацій бронхів виникає саме в цей період. Нерівномірність процесу галуження бронхів відображає також той факт, що до 14-го тижня права легеня містить на 1–5 галужень більше, ніж ліве.

Необхідно відзначити, що із закінченням каналікулярної стадії наголошується редукція кількості генерацій, оскільки дистальні галуження перетворюються на респіраторні відділи.

У міру того як бронхіальне дерево збільшується в розмірах і протяжності, мезенхіма, що оточує легені, бере участь у формуванні зовнішнього рельєфу легені. Вона частково розділяється за рахунок утворення борозен між долями, які утворюються первинними гілками бронхів. Ці поглиблення вистилаються пізніше мезотелієм і перетворюються на вісцелярний листок плеври. На 1-му місяці розвитку навколо епітеліального вистилання трахеї, серед рихлої мезенхіми з'являються її ущільнення – закладки хряща, а на 3-му місяці ембріонального життя вже утворюється основна речовина хряща. В цей же час з'являються гладкі м'язи мембранної частини трахеї. У бронхах подібний процес закладки хрящів, колагенових і еластичних волокон і гладких м'язів можна побачити на 2-му місяці розвитку. При цьому послідовність утворення окремих шарів бронхіального дерева зберігається, як і в головних бронхах. Чим віддаленіші бронхи, тим пізніше з'являються в нім мішечкоеластичні і хрящові елементи. Так, в бронхах 2-го порядку хрящі з'являються на 6–8-му тижні розвитку ембріона, в бронхах 3-го порядку тільки з'являються їх закладки. На 6-му місяці внутріутробного життя мезенхіма пронизується бронхіолами і альвеолярними ходами. Гладком'язові елементи є тільки в стінках крупних бронхів, і то у малій кількості, з 4–5-го місяця розвитку плоду хрящі виявляються в бронхах до 4–5-го порядку. Cтінки бронхів ембріона 6-ти тижнів багаті гладком'язовими елементами, але перібронхіальна тканина ледве помітна.

Окремо розглянемо питання гістогенезу секретоутворюючих структур (залоз, келихоподібних клітин) повітроносного дерева. Відзначимо важливість функцій цих структур і в дефінітиві, і в легені, що формується (зокрема антенатальному). З цих функцій слід виділити газообмінну, захисну, у тому числі і водозахисну. Важлива захисна функція слизу і у внутріутробному періоді, особливо у зв'язку з тим, що повітряпровідні шляхи заповнені рідиною.

У ембріона 13 тижнів йде закладка залоз у вигляді щільних бруньок, що утворюються в дні складок епітелію трахеї. До 14-го тижня це вже трубочки, які досягають нижнього кінця хряща. Разом із зростанням залоз йде і їх диференціація. До 6-го місяця внутріутробного розвитку залози проксимальних відділів бронхіального дерева мають ацинарну структуру. Чим далі по ходу бронхіального дерева розташовуються залози, тим менш вони диференційовані. До моменту народження залози виявляються лише у 7 із всієї кількості генерацій бронхів.

Зіставлення цих даних з картиною легені людини дефінітива створює певне уявлення про можливість формування залозистого апарату бронхів після народження. У дітей до 1 року діаметр залоз (віднесений до поперечного перетину всієї стінки бронха) більший, ніж у дорослих. Тільки до 4-го року цей показник досягає верхньої межі норми дорослого.

Становлення функцій залоз, очевидно, займає досить тривалий період. Тоді як у плодів молодшого віку кінцеві секреторні відділи дають негативну гістохімічну реакцію на мукополісахариди, у плодів 16 тижнів в просвіті ацинусів деяких бронхіальних залоз з'являється матеріал, що дає позитивну реакцію на слиз. У плоду 24–25 тижнів виявляються ацинуси, що складаються з секреторних клітин різних типів (у одних міститься відносно невелика кількість гранул, інші розтягнуті значною кількістю в'язкого, гомогенного секрету). До 25-го тижня зростає кількість півмісяцевих утворень. Ці ж типи клітин зберігаються у новонароджених і дітей перших місяців життя. Кількість півмісяцевих утворень, грануловмісних клітин у новонароджених і дітей молодшого віку менша, ніж у дорослих, а гранули дають інтенсивнішу реакцію на кислі мукополісахариди.

На додаток до сказаного слід згадати також про те, що у залоз, які розвиваються, досить рано виникає здатність до адекватної реакції на ендо- і екзогенні подразники. Так, ознаки спонтанної секреції слизу відмічені вперше у плоду 18 тижня. На 20-му тижні розвитку вдалося отримати пілокарпіновий ефект. Що стосується інших секретуючих структур бронхів, келихоподібних клітин, то вони виявляються в складках епітелію трахеї і бронхів. При комбінованому забарвленні (альціановий синій – реактив Шиффа) виявляється два типи клітин. Перші – дрібні, вузькі клітини, що містять рожеві гранули в базальній частині і іноді синій шар у апікального кінця. Інша частина клітин переповнена секретом фіолетово-синього кольору. Чим старший плід, тим все більша кількість келихоподібних клітин зустрічається і у складі крипт і особливо на поверхні і все більша частина секрету забарвлюється в синій колір. У новонародженого зустрічається ще певна кількість вузьких клітин з червоними гранулами. Надзвичайно цікаво також, що початок активної секреції залоз і келихоподібних клітин співпадає з появою миготливих вій в епітелії повітропровідних шляхів.

Завершуючи огляд ембріонального розвитку бронхіального дерева, відзначимо, що вже у плоду 16 тижня є в мініатюрі всі повітряносні шляхи, які можна знайти на бронхограмі дорослого. Кількість долей, сегментів, часточок, ацинусів до моменту народження в основному відповідає кількості цих утворень у дорослого. В цей же час вперше стає помітною структурно-функціональна одиниця органу дихання – ацинус.

Складне питання про походження внутрішньої вистилки альвеол до цих пір не може вважатися остаточно вирішеним. Дехто вважає ці клітини похідними мезенхіми. З цим поглядом узгоджується ряд робіт, зокрема про те, що більшість, якщо не всі клітки кубічного епітелію дескваміруються або гинуть. Проте більшості дослідників імпонує уявлення про ентодермальне походження вистилки альвеол. Аналіз експлантатів легеневих тканин показав, що навіть в культуральних умовах кубічний епітелій бере участь в утворенні потенційних дихальних просторів. Ці дані, а також морфологічна (ультраструктурна) близькість кубічних і плоских клітин говорять про їх генетичну спорідненість. У клітинах кубічного епітелію виникають відростки, що виявляються на субмікроскопічному рівні, характерні для пневмоцитів дорослого. Вже в альвеолах, що виявляються у плоду віком 6 місяців, можна побачити диференціювання епітелію на два типи, характерні для дорослого. Потрібно, проте, відзначити, що часто обговорюється питання про можливість участі в утворенні вистилки альвеол одночасно ентодермальних і мезенхімних клітин.

Раннє кровопостачання легенів, що розвиваються, утворюється з дорсальних і вентральних гілок 6-ї пари аортальних гілок, які ростуть вниз, супроводжуючи трахею з того і іншого її боку. Згодом напрям артерій міняється, права проходить під головним бронхом правої верхньої частки. Решта бронхів розташовується під артеріями. Нижче легеневі артерії супроводжують бронхи, розташовуючись дорсальніше основного бронха. Розташування вен загалом повторює розташування артерій. Широко поширена думка про те, що галуження легеневої артерії супроводжують хід бронхіального дерева, справедливо лише частково. Крім цього, є додаткові розгалуження судин, які можуть складати до 45% всіх артерій. Ці гілки відрізняються від основних тим, що вони швидко розпадаються на капілярну мережу. Розвитку такої перекриваючої мережі запобігає виникнення в легенях слабо васкуляризованих областей. Утворення капілярів тісно пов'язане з диференціюванням мезенхіми. У ембріонів 6–8 тиж. розвитку вже зустрічаються кровоносні судини, стінка яких ще не диференційована; вони мають вид синусоїдів. Васькуляризація протікає паралельно з розвитком легенів, збільшується кількість судин біля кінцевих галужень бронхів, і в області формування альвеол з'являються капілярні мережі.

До пологів лише невелика частина крові правого серця проходить через легені, більша частина тече через боталову протоку і овальний отвір в ліве серце і велике коло кровообігу. Бронхіальні артерії з початку свого розвитку постійно знаходяться в активному стані. До 7-го місяця внутріутробного життя судинна мережа легенів така розвинена, що може підтримувати позаутробне життя, і недоношений плід в цьому віці життєздатний (Додаток 9).

Нейротизація легені передує його васкуляризації. Симпатичні волокна можуть мати двояке походження: по-перше, в легеню можуть проникати симпатичні волокна по судинах; по-друге, вони можуть досягти легені по стовбурах блукаючих нервів разом з парасимпатичними волокнами.

Важливо підкреслити, що до кінця внутріутробного періоду будова легенів досягає того ступеня розвитку, який забезпечує повну функціональну здатність, що реалізується при народженні. При народженні здійснюється розширення легенів у зв'язку з першими дихальними рухами, при цьому відбувається перетворення дистальних кінців бронхів в альвеоли.

В процесі розвитку легенів впродовж постнатального життя можна виділити декілька періодів. У період до 2 років відбувається диференціювання ацинуса, в другий період – від 2 до 4 років – сильно розвиваються м'язові елементи бронхів і перибронхіальної тканини. У третьому періоді – до 7 років – ацинус по своїй будові майже не відрізняється від ацинуса дорослого. У четвертому періоді – від 7 до 12 років – відбувається зростання тканин легені.

3.2 Вікові особливості легень у дітей та підлітків

Легені, починаючи з народження людини і впродовж усього життя, дещо видозмінюють свою форму і внутрішню структуру. Особливо важливою з багатьох точок зору (теоретичної, клінічної, судово-медичної) є картина морфологічних змін легенів у зв’язку з включенням їх в газообмін. Неаерована легеня новонародженого відрізняється правильною, регуляторною структурою. Всі альвеоли відкриті, заповнені рідиною. Легеня новонародженого добре аерується вже через кілька хвилин після першого вдиху. Велика частина альвеол розправляється. Проте не всі ацинуси розширюються однаковою мірою; завжди є деяка кількість ателектатичних альвеол, що містять рідину. У легенях незрілих немовлят таких ділянок, що мають вигляд неаерованої легені, ще більше. Таким чином, легеня дихаючого немовляти морфологічно являє собою строкатішу картину.

Процес розвитку альвеол відноситься головним чином до постнатального періоду. Підрахунок кількості альвеол в різні терміни постнатального життя показує, що в легенях новонародженого налічується близько 20 млн. альвеол. Норма дорослого (300 млн.) досягається до 8-річного віку. Ці дані свідчать про те, що переважна більшість альвеол утворюється в постнатальному періоді. Збільшенням кількості альвеол і відповідно сумарного їх об’єму корелює із збільшенням об’єму грудної клітки. При цьому об’єм кожної альвеоли зменшується (Таблиця 1).

Таблиця 1. Вікова динаміка величини альвеол і анатомічної ємкості легень

Вік, роки	Розмір альвеол, мм	Анатомічна ємкість легень, мм
Новонароджені	0,05	67,7
1	0,12
3		324,7
5–6	0,14
7		659,6
10–11	0,17	596,2
12 – 15	0,17	771,3
18–20	0,20	1148,2

Реконструкція легені новонародженого показує, що термінальні бронхіоли, які повністю вистиланні кубічним епітелієм, поділяються на дві респіраторні бронхіоли. Останні вистиланні частково кубічним, частково плоским епітелієм. Ці бронхіоли у свою чергу утворюють два або більше додаткових відділів респіраторних бронхіол. Остання пара ділиться на чотири короткі ніжки – так звані перехідні протоки. Кожна з перехідних проток за допомогою декількох дихотомічних поділів утворює скупчення з 9 – 13 мішечків. Капіляри в таких мішечках у новонародженого розподіляються нерівномірно, тому респіраторною одиницею у новонародженого є не альвеола, а альвеолярний мішечок. Початок активного процесу трансформації дистальних генерацій респіраторних бронхіол в альвеолярні ходи відмічений у дитини 37 днів життя. У дитини 2 місяців ці відділи вже приймають вигляд дефінітива і містять 25 – 30 альвеол діаметром від 60 до 130 мкм. У альвеолах (особливо в області гирла) виявляється еластичний апарат.

Маса легенів після народження росте дуже швидко, особливо в перші 3 місяці життя. За цей час легені збільшуються приблизно на 7/8 свого об’єму, потім вони збільшуються поступово. Вага легенів у новонародженого складає 1/34 – 1/54 ваги тіла дитини. До 6 місяців вона подвоюється, до кінця 1-го року життя збільшується в 3 рази. Легені новонароджених і дітей перших місяців життя надзвичайно багаті інтерстеціальною тканиною і багато васкуляризовані за рахунок капілярів, лімфатичних судин. У перші роки життя легеневі сегменти розмежовані великим прошарком рихлої сполучної тканини. Плевра у новонароджених і грудних дітей дуже тонка і легко ковзає при дихальних рухах. Частота дихання у новонароджених від декількох годин до 3 днів життя від 50 до 60 разів за хвилину, складаючи в середньому 56 разів за хвилину, але до кінця 3-ї неділі вона знижується в середньому до 48 разів за хвилину.

Перший рік життя дитини характеризується інтенсивним ростом і розвитком більшості органів і систем організму. Паралельно збільшенню розмірів тіла проходить ріст і інтенсивний розвиток бронхіального дерева і легеневої паренхіми, цьому допомагає збільшення рухової активності дитини.

Помітно змінюються функціональні характеристики дихання. Збільшуються об’ємні швидкості дихання (0,16 – 0,19 л/с). Динамічне розтягнення і еластичність легень мають виражену тенденцію до вікових змін. Трохи меншою стає до кінця першого року життя варіативність вентиляційних показників. Частота дихання становить в середньому 36 в хвилину. Якщо частота помітно знижується, то об’єм дихання, навпаки, наростає і становить 79 мл, тобто в 2,5 – 3,5 рази перевищує цю величину у новонародженого. Більше ніж у три рази збільшується ЖЄЛ (життєва ємкість легень) – 475 мл. Інтенсивність поглинання кисню у легенях зростає більше ніж в 2 рази – 88 мл/хв, однак в розрахунку на одиницю маси тіла вона знижується до 8 мл/(хв. ∙ кг). Ефективність легеневого газообміну практично не змінилась, становлячи в середньому 3,2% поглинання кисню і 2,66% виділення вуглекислого газу. Отже, кількісні зміни морфо функціональних характеристик дихальної системи переважають на даному етапі онтогенезу. Відмічається синхронність у рості і розвитку дихальної системи і фізичному розвитку дитини. Високі потреби, пред’являючи організму дитини першого року життя змінами вигодовування, стимулюють розвиток дихальної системи.

До періоду «раннє дитинство» відносять вік від 1 до 3 років. В літературі практично відсутні дані про особливості розвитку дихальної системи на 2-у і 3-у роках життя. Ріст в довжині і маса тіла сповільнюються в порівнянні з першим роком життя, але залишаються достатньо інтенсивними. Пропорційно росту тіла проходить ріст бронхолегеневих структур. Таким чином, «раннє дитинство» характеризується подальшим та істотним розвитком дихальної функції легень. Поступово змінюються вентиляційні показники: частота і об’єм дихання, МОД (максимальний об’єм дихання). Частота дихання в 2 роки становить в середньому 31 в хвилину, а в 3 роки – 28 у хвилину.

Однак слід відзначити дві важливі закономірності. По-перше, дуже малу варіативність частоти дихання, по-друге, значне зниження відносної вентиляції легень (на одиницю площі поверхні тіла). Серед показників легеневого газообміну особливу увагу заслуговує відносне поглинання кисню. Воно значно знижується в цей період – з 7,8 до 6,8 мл/(хв. ∙ кг). Таким чином, динаміка відносної вентиляції легень і відносного поглинання кисню в легенях підтверджує зниження інтенсивності обмінних процесів у вказаний віковий період. Якщо врахувати, що вентиляційний еквівалент має тенденцію до зниження (з 3,12 до 2,95), що свідчить про збільшення ефективності легеневого газообміну, то можна говорити про початок економізації дихання на даному етапі індивідуального розвитку.

Період «перше дитинство» включає вік від 4 до 7 років. Як було показано вище, з народженням дитини розвиток нових бронхіальних гілок не припиняється. Воно продовжується до 7 – 8 років. Процеси росту, розвитку легень нерівномірні і гетерохронні.

У віці 4 – 5 років має місце плавний розвиток і вповільнений ріст повітряносних шляхів, а в 5–7 років розширення бронхіального дерева переважає над його видовженням. В період плавного розвитку і вповільненого росту повітряносних шляхів не відбувається значного покращення прохідності дихальних шляхів, діаметр і довжина бронхіального дерева міняються майже паралельно. У дітей від 5 до 7 років, коли відбувається посилене розширення бронхіального дерева, навпаки, помітно покращується прохідність дихальних шляхів. Це пов’язано з перевагою збільшення діаметра над ростом довжини бронхіального дерева. На віковий розвиток легеневої тканини вказує збільшення її розтягуваності. Як відомо, механічні якості легень і грудної клітки визначають можливості дихальної системи забезпечити потребу організму у вентиляції, а вона в свою чергу залежить від потреб організму в кисні.

Частота дихання незначно знижується, вона коливається від 28 в хвилину у віці 4 роки до 24 в хвилину – в 7 років. Об’єм дихання має найбільший приріст між 5 і 6 роками життя, тобто цей приріст припадає на період найбільшого зниження бронхіального опору чи покращення прохідності дихальних шляхів. Якщо між 4 і 5 роками об’єм дихання збільшився тільки на 5–7 мл, то між 5 і 6 роками його приріст становить від 15 до 50 мл.

За період від 4 до 7 років відбувається значне зниження відносного об’єму загальної і альвеолярної вентиляції легень. Зменшення вентиляції на одиницю площі поверхні тіла (у дітей у віці 4 роки вона дорівнювала 4,5 л/(хв∙м²), у віці 7 років той же показник дорівнює 3,69 л/(хв∙м²)) дозволяє говорити про продовження процесу економізації дихання.

Від 5-го до 7-го року життя в 1,5 рази збільшується резерв дихання. Вікове збільшення статичних об’ємів легень забезпечується великою розтягненістю легень і здатністю м’язів виконувати максимальну зміну об’єму грудної клітки у більш старших дітей в порівнянні з молодшими. Про ефективність вентиляції легень судять по показниках легеневого газообміну і газового складу крові. Склад альвеолярного газу – одне з константних середовищ організму – вже до 7 років досягає значень, які мало змінюються в наступні роки. У дітей 4–7 років в ньому міститься 17,5% кисню і 3,3% вуглекислого газу. Поглинання кисню збільшується з 107 в 4 роки до 130 мл/хв. в 7 років. Відносне поглинання кисню в легенях (на кг маси тіла) різко знижується – з 6,4 до 4,7 мл/(хв∙кг), найбільш помітне зниження припадає на вік від 4 до 5 років на 0,7 мл/(хв∙кг). Протягом всього періоду «перше дитинство» завдяки розвитку і росту морфофункціональних одиниць легень відбувається економізація дихання, про що свідчить зниження відносних величин легеневої вентиляції і відносного використання кисню.

Період «друге дитинство» – 8-12 років для хлопчиків і 8–11 років для дівчаток. У віці 8–12 років відбувається плавне дозрівання морфологічних структур легень і фізичних розвиток організму. Проте між 8–9 роками життя подовження бронхіального дерева переважає над його розширенням. В результаті цього зниження динамічного опору дихальних шляхів сповільнюється. Якісні зміни на межі періодів 4–7 і 8–12 років відбуваються з еластичними властивостями легень і тканинами грудної клітки. Збільшується їх розтягнення.

Частота дихання у дітей 8 – 12 років коливається в межах від 22 до 25 в хвилину без чіткої вікової залежності. Дихальний об’єм збільшується з 143 до 220 мл у дівчаток і з 167 до 214 мл у хлопчиків. Зниження відносної вентиляції між 8 – 9 роками життя і її тенденція до зниження від 11 до 12 років свідчить про відносну гіпервентиляцію легень у молодших дітей в порівнянні з більш старшими. Приріст статичних об’ємів легень найбільш виражений у дівчаток від 10 до 11 років і у хлопчиків від 10 до 12 років (Таблиця 2).

Показники функціонального стану повітряносних шляхів і легеневої тканини змінюються в тісному зв’язку із змінами антропометричних характеристик організму дітей на даному етапі онтогенезу. Особливо тісний зв’язок виявлений з довжиною і площею поверхні тіла. В перехідному періоді з «другого дитинства» до під росткового віку (у дівчаток в 11–12 років, у хлопчиків з 12 років) він найбільше виражений. Базально-апікальний градієнт вентиляції, який характеризує нерівномірність розподілу газів у легенях, у дітей до 9 років залишається нижче, ніж у дорослих.

В 10–11 років і між 5 і 6 роками життя існує зв’язок між реґіонарною повітрянаповненістю зон легень і збільшенням довжини тіла. В 10–11 років виявляється достовірний градієнт кровонаповнення між верхніми і нижніми зонами легень.

Таблиця 2. Легеневі об’єми у дітей у віці 5 – 12 років (в горизонтальному положенні)

Вік, ріст

стать

Показники в мл

(М ± m)

ЖЄЛ

ЗЄЛ

ВОЛ

1710

1456

2206

2006

496

550

1810

1658

2418

2291

608

633

2040

1770

2800

2405

134

760

635

2240

2200

3150

129

2980

910

780

2400

2216

3310

3016

910

800

Відмічається велика неоднорідність відношення вентиляція/кровотік в нижніх відділах легень і тенденція до його збільшення з віком. В процесі вікового розвитку збільшується ефективність газообміну в легенях, поглинання кисню збільшується до 3,9%, а виділення вуглекислого газу – до 3,8%. Відносна величина потреби кисню продовжує знижуватись, найбільш помітно в 9 років – 4,9 мл/(хв∙кг), в 11 років показник дорівнює 4,6 мл/(хв∙кг) у дівчаток і 4,85 мл/(хв∙кг) у хлопчиків. Нерівномірність розвитку дихальної функції легень залишається особливістю і даного етапу індивідуального розвитку організму дитини між 8 і 9 роками життя на фоні інтенсивного росту бронхіального дерева значно знижується відносна альвеолярна вентиляція легень і відносний вміст кисню в крові.

Після 10 років, після відносної стабілізації функціональних показників, збільшується їх вікові перетворення: збільшуються легеневі об’єми, розтягнення легень, ще більше зменшуються відносні величини легеневої вентиляції і поглинання кисню легенями, починають розрізняти функціональні показники у хлопчиків і дівчаток.

В підлітковому віці відбувається статеве дозрівання організму людини. Нерівномірність і гетерохронність росту і розвитку органів і систем, властиві онтогенезу дитини, проявляються ще більше. Морфологічні і функціональні перебудови, що відбуваються в період статевого дозрівання, виражаються, перш за все, в прискоренні фізичного розвитку. Найбільший приріст довжини тіла у дівчаток спостерігається в 13 років, у хлопчиків – в 14–15 років. Значне збільшення маси тіла відбувається в 12–15 років у дівчаток, в 16 років – у хлопчиків. Спостерігається інтенсивний ріст грудної клітки – її окружність збільшується на 2,5 – 3 см в рік. У всі періоди розвитку, крім 13-річного віку, вона більша у хлопчиків.

В пубертатний період відбувається посилений ріст довжини і діаметра бронхів, в період від 14 до 15 років спостерігається посилений приріст маси легень. Фізичний розвиток дітей в підлітковому віці істотно відрізняється від інших періодів, так як він відбувається на фоні статевого дозрівання. Підвищена активність залоз внутрішньої секреції обумовлює великі гормональні перебудови, прискорення обмінних процесів, підвищення енергетичних затрат організму. Все це в свою чергу стимулює розвиток дихальної функції легень на даному етапі 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

Вік (в роках)	стать	ЖЄЛ (в л) М ± m	Вік (в роках)	стать	ЖЄЛ (в л) М ± m
20–29	Ж Ч	4,0 ± 0,6 4,8 ± 0,7	60–69	Ж Ч	2,9 ± 0,2 3,5 ± 0,1
40–49	Ж Ч	3,4 ± 0,1	70–79	Ж Ч	2,3 ± 0,1 3,3 ± 0,1
50–59	Ж Ч	3,1 ± 0,1 4,0 ± 0,1	80 і більше	Ж Ч	- 2,8 ± 0,2

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

Вік (в роках)	Жінки	Чоловіки
20–29	14,6 ± 4,3	14,4 ± 0,9
60–69	17,5 ± 0,9	17,7 ± 0,7
70–79	20,8 ± 0,7	19,1 ± 0,6

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 Böhlau 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)

Вік (в роках)

Стать

МВЛ (в л) М ± m

20–29

58,4 ± 1,1

80,3 ± 5,0

40–49

32,2 ± 2,7

50–59

28,8 ± 1,9

42,1 ± 2,6

60–69

21,5 ± 1,5

29,3 ± 1,8

70–79

19,4 ± 2,0

28,3 ± 1,8

80 і більше

24,2 ± 2,0

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

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.