Структурно-функціональні особливості легень у людини на етапах онтогенезу

p align="left">1. 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.

Страницы: 1, 2, 3