Введение
Нормальное спонтанное дыхание совершается с минимальной работой. В норме дыхание тихое, с легким вдохом и пассивным выдохом. У детей с заболеваниями органов дыхания, «работа дыхания» возрастает с увеличением использования дыхательных мышц. Факторы, увеличивающие работу дыхания, это повышение сопротивления дыхательных путей (верхних и нижних) и снижение комплайнса легких. Эффективность дыхания также зависит от тонуса, силы и координации мышц, и от контроля дыхания центральной нервной системой.
Важные компоненты механизма дыхания:

• Сопротивление (resistance) дыхательных путей (верхних и нижних)
• Податливость (compliance) легких
• Дыхательная мускулатура
• Регуляция дыхания центральной нервной системой

Сопротивление дыхательных путей
Сопротивление дыхательных путей, это сопротивление потоку воздуха, вызываемое силами трения. Сопротивление главным образом увеличивается при уменьшении просвета дыхательных путей (при констрикции или при воспалении).
В крупных дыхательных путях сопротивление потоку воздуха меньше. Сопротивление дыхательных путей снижается при увеличении объема легких, так как при раздувании легких дыхательные пути расширяются. Сопротивление также зависит от количества параллельно идущих дыхательных путей: большие и среднего размера дыхательные пути создают большее сопротивление воздушному потоку, чем более многочисленные мелкие дыхательные пути, потому что общая площадь поперечного сечения крупных дыхательных путей меньше, чем общая площадь мелких дыхательных путей.
Причиной повышения сопротивления дыхательных путей может быть турбулентный воздушный поток, такой как во время крика, или при уменьшении просвета дыхательных путей. Уменьшение просвета дыхательных путей может быть вызвано отеком, бронхоконстрикцией, скоплением секрета, слизи, или сдавлением крупных дыхательных путей образованиями средостения. Препятствие на уровне верхних дыхательных путей, особенно в носовых ходах и носоглотке у младенцев, также может существенно увеличить сопротивление дыхательных путей.
Сопротивление дыхательных путей ламинарному потоку воздуха
Во время нормального дыхания поток воздуха ламинарный (линейный) с относительно низким сопротивлением. Таким образом, для создания адекватного потока воздуха необходимо небольшое трансмуральное давление (разница между давлением в плевральных полостях и атмосферным). При ламинарном (спокойном) потоке, сопротивление дыхательных путей потоку воздуха обратно пропорционально их радиусу в четвертой степени. Любое уменьшение диаметра дыхательных путей, приводит к увеличению сопротивления дыхательных путей и работы дыхания в геометрической прогрессии (см. рисунок).
Сопротивление дыхательных путей турбулентному потоку воздуха
Сопротивление более высокое, если поток воздуха турбулентный. При турбулентном потоке, сопротивление дыхательных путей потоку воздуха обратно пропорционально их радиусу в пятой степени. Следовательно, для создания воздушного потока такой же величины требуется большее трансмуральное давление. Поэтому, при беспокойстве пациента быстрый, турбулентный поток воздуха вызывает намного большее увеличение сопротивления дыхательных путей и работы дыхания, чем при ламинарном потоке. Для предотвращения образования турбулентного потока (например, во время плача), попытайтесь успокоить ребенка с обструкцией дыхательных путей насколько это возможно.
Рисунок. Влияние отека на сопротивление дыхательных путей у младенца и взрослого. Слева показаны нормальные дыхательные пути, справа - дыхательные пути с круговым отеком толщиной 1 мм. Сопротивление дыхательных путей потоку воздуха обратно пропорционально их радиусу в четвертой степени при ламинарном потоке, и в пятой степени при турбулентном потоке. В результате происходит снижение на 75% площади поперечного сечения и 16-кратное увеличение сопротивления дыхательных путей у младенцев в сравнении со снижением на 44% площади поперечного сечения и 3-кратным увеличением сопротивления дыхательных путей у взрослых при спокойном дыхании. Образование турбулентного потока у младенца (например, во время плача) увеличивает сопротивление дыхательных путей, и соответственно работу дыхания, с 16 до 32 раз [2].

Комплайнс легких
Комплайнс (податливость) характеризует растяжимость легких и грудной клетки по отдельности или вместе. Комплайнс легких (CL) определяется как изменение объема легких (AV) при изменении внутрилегочного давления (AP). Ригидность (EL) - показатель, обратный податливости.

При снижении у ребенка комплайнса легких, увеличивается их ригидность, и необходимо большее усилие (т.е. трансмуральное давление) для заполнения альвеол. У самостоятельно дышащего ребенка, увеличение силы вдоха позволяет снизить давление в плевральной полости относительно атмосферного до уровня, достаточного для перемещения воздуха в легкие. Во время искусственной вентиляции легких, если комплайнс легких снижен, необходимо увеличение положительного давления в дыхательных путях для достижения адекватной вентиляции.
Комплайнс легких изменяется в зависимости от степени их расправления или воздушности. Внелегочные причины снижения комплайнса легких, это пневмоторакс и плевральный выпот. К внутрилегочным причинам снижения комплайнса легких относятся пневмония и воспалительные заболевания ткани легких (например, ARDS, фиброз). При этих состояниях увеличивается содержание воды в интерстициальном пространстве и альвеолах. Влияние повышенного содержания воды на комплайнс легких можно описать, сравнив эластичность смоченной и сухой губки. Сухая губка после сжатия быстро расправляется. Смоченная губка труднее сжимается и расправляется более медленно, потому что избыточное содержание жидкости снижает ее эластичность.
Грудная стенка младенцев и детей младшего возраста податлива. Поэтому относительно небольшое изменение давления вызывает движение грудной стенки. Во время нормального t дыхания сокращение диафрагмы у детей вызывает небольшое втяжение нижних ребер, но не приводит к западению грудной клетки. Однако при сильном сокращении диафрагмы происходит более значительное снижение внутригрудного давления относительно атмосферного, что вызывает втяжение грудной клетки во время дыхания. При снижении комплайнса легких, адекватный дыхательный объем не всегда достижим даже при вдохе с максимальным усилием, потому что описанное втяжение грудной стенки ограничивает расширение легких во время вдоха. Подобным образом, слабость грудной стенки и дыхательной мускулатуры у детей с нервно-мышечными расстройствами, делает неэффективным дыхание и кашель, приводя к характерному парадоксальному дыханию.
Дыхательная мускулатура
Во время спонтанного дыхания, дыхательные мышцы (в основном диафрагма) увеличивают объем грудной клетки, в результате чего снижается внутригрудное давление. При снижении внутригрудного давления ниже атмосферного, воздух движется в легкие (вдох). К дыхательной мускулатуре относятся:

• Диафрагма (главная мышца)
• Межреберные мышцы
• Вспомогательные мышцы

В норме, межреберные мышцы придают жесткость грудной клетке во время сокращения диафрагмы. Сокращение диафрагмы вызывает снижение внутригрудного давления, достаточное для движения потока воздуха в легкие. Вспомогательная дыхательная мускулатура обычно не используется во время нормальной вентиляции. При расстройствах дыхания, когда увеличивается сопротивление дыхательных путей или снижается комплайнс легких, для создания инспираторного потока может потребоваться участие вспомогательной мускулатуры, чтобы снизить внутригрудное давление и придать жесткость грудной клетке.
Во время спонтанного дыхания, процесс выведения воздуха из легких происходит преимущественно пассивно. Выдох происходит вследствие расслабления дыхательной мускулатуры и благодаря эластической тяге легких и грудной стенки. Это приводит к увеличению внутригрудного давления до уровня выше атмосферного. Выдох может стать активным при повышении сопротивления нижних дыхательных путей. При этом в дыхании могут участвовать мышцы передней брюшной стенки и межреберные.
В норме диафрагма куполообразная, и находясь в такой форме, сокращается с максимальной силой. При уплощении диафрагмы, что встречается при перераздувании легких (например, при \ обострении астмы), сила сокращений меньше и вентиляция менее эффективна. Если движениям диафрагмы препятствуют вздутие живота и высокое внутрибрюшное давление (например, при переполненном желудке), или задержка воздуха из-за обструкции дыхательных путей, возникает угроза для дыхания. У младенцев и детей младшего возраста, межреберные мышцы не могут эффективно поднять грудную стенку, чтобы увеличить объем грудной клетки и компенсировать потерю движения диафрагмы.
Регуляция дыхания центральной нервной системой
Регуляция дыхания осуществляется несколькими механизмами:

• Дыхательные центры ствола мозга
• Центральные и периферические хеморецепторы
• Произвольная регуляция

Спонтанное дыхание контролируется группой дыхательных центров, расположенных в стволе мозга. В основном они управляются сигналами от центральных и периферических хеморецепторов. Центральные хеморецепторы реагируют на изменение концентрации ионов водорода в цереброспинальной жидкости, что в значительной степени определяется уровнем CO2 в артериальной крови (PaCO2). Периферические рецепторы (в каротидных тельцах) преимущественно реагируют на снижение O2 в артериальной крови (PaO2), но часть рецепторов реагирует также на повышение PaCO2.
Дыхание может изменяться посредством контроля со стороны коры головного мозга. Примерами произвольной регуляции дыхания являются задержка дыхания, одышка и вздохи. Угнетение дыхательных центров при таких состояниях как инфекция центральной нервной системы, черепномозговая травма, передозировка лекарственных средств, приводит к гиповентиляции или апноэ.
Распределение нарушений дыхания по тяжести
Респираторный дистресс
Респираторный дистресс - это клиническое состояние, характеризующееся повышением частоты дыхания (тахипноэ) и увеличением респираторного усилия (проявляется раздуванием крыльев носа, втяжениями, и использованием вспомогательной мускулатуры). Респираторный дистресс может сопровождаться появлением дополнительных дыхательных шумов, изменением цвета кожных покровов и психического статуса.
Выделяют умеренно выраженный и тяжелый респираторный дистресс. Например, умеренный респираторный дистресс диагностируют у ребенка с небольшим увеличением частоты дыхания и умеренным увеличением респираторного усилия с изменениями дыхательных шумов. При тяжелом респираторном дистрессе у ребенка определяется выраженное тахипноэ, значительное увеличение респираторного усилия с изменением дыхательных шумов, а также ухудшение цвета кожных покровов и психического статуса. Тяжелый респираторный дистресс может быть признаком дыхательной недостаточности.
Клинические проявления респираторного дистресса:

• Тахипноэ
• Тахикардия
• Увеличение респираторного усилия (раздувание крыльев носа, втяжения)
• Патологические дыхательные шумы (например, стридор, свистящее дыхание, экспираторное хрюканье)
• Бледность, прохладность кожных покровов
• Изменение психического статуса

Тяжесть клинических проявлений респираторного дистресса может изменяться. Развитие респираторного дистресса означает, что ребенок старается поддержать адекватный газообмен, несмотря на обструкцию дыхательных путей, снижение комплайнса легких или паренхиматозное заболевание легких. При утомлении ребенка или дальнейшем ухудшении функции органов дыхания, поддержание адекватного газообмена становится невозможным. Когда это происходит, развиваются симптомы дыхательной недостаточности.
Дыхательная недостаточность
Дыхательная недостаточность - это клиническое состояние, характеризующееся недостаточной оксигенацией, вентиляцией, или тем и другим. Часто дыхательная недостаточность является последней стадией респираторного дистресса. Однако при нарушении регуляции дыхания центральной нервной системой, респираторное усилие у ребенка с дыхательной недостаточностью может быть слабым или вовсе отсутствовать. Предположительный диагноз дыхательной недостаточности может быть установлен на основании клинических находок. Но для подтверждения дыхательной недостаточности может потребоваться исследование газов артериальной крови (ABG), что не всегда доступно.
Предположительный диагноз дыхательной недостаточности может быть установлен на основании следующих клинических признаков:

• Выраженное тахипноэ (в начале)
• Брадипноэ, апноэ (в конце)
• Тахикардия (в начале)
• Брадикардия (в конце)
• Увеличение, снижение или отсутствие респираторного усилия
• Цианоз
• Ослабление или отсутствие дыхательных шумов
• Оглушение, кома

Причинами дыхательной недостаточности могут быть обструкция верхних или нижних дыхательных путей, паренхиматозное заболевание легких, и нарушение регуляции дыхания (например, апноэ или поверхностное, редкое дыхание). Если респираторное усилие недостаточно, дыхательная недостаточность может иметь место без типичных симптомов респираторного дистресса.
Строгие критерии дыхательной недостаточности установить трудно, потому что исходные показатели функции дыхания (т.е. до заболевания) у отдельного младенца или ребенка могут ^              отличаться от нормы. Например, у младенца с врожденным пороком сердца синего типа и
¦              исходным насыщением кислородом в артерии (SaO2) 75% нет дыхательной недостаточности.
Однако у ребенка с исходно нормальной функцией сердца и легких, такая же степень гипоксемии была бы признаком дыхательной недостаточности.
С функциональной точки зрения, дыхательная недостаточность можно охарактеризовать как клиническую ситуацию, требующую вмешательства для предотвращения остановки дыхания и, в конечном счете, остановки сердца.
Классификация нарушений дыхания по виду
Введение
В зависимости от причины, респираторный дистресс и дыхательная недостаточность классифицируются следующим образом:

• Обструкция верхних дыхательных путей
• Обструкция нижних дыхательных путей
• Паренхиматозные заболевания легких
• Нарушение регуляции дыхания

Респираторные нарушения не всегда встречаются изолированно. У ребенка может быть одна или несколько причин развития респираторного дистресса или дыхательной недостаточности. Например, у ребенка возможно нарушение регуляции дыхания в связи с черепно-мозговой травмой с последующим развитием пневмонии (паренхиматозного заболевания легкого).
Обструкция верхних дыхательных путей
Обструкция верхних дыхательных путей (т.е. дыхательных путей вне грудной клетки) может происходить на уровне носа, глотки, или гортани. Степень обструкции может варьировать от легкой до тяжелой. Обычные причины обструкции верхних дыхательных путей - аспирация инородного тела (например, аспирация еды или мелких предметов) и набухание тканей, выстилающих верхние дыхательные пути (например, анафилаксия, гипертрофия миндалин, круп, или эпиглоттит). Образования, уменьшающие просвет дыхательных путей (например, глоточный или перитонзиллярный абсцесс или опухоль) также могут вызвать обструкцию верхних дыхательных путей.
К другим причинам относятся обструкция носовых ходов густым секретом или врожденные пороки дыхательных путей, приводящие к их сужению (например, полные кольца трахеи). Обструкция верхних дыхательных путей может быть ятрогенной. Например, причиной подсвязочного стеноза может быть травма при интубации трахеи.
Клинические признаки обструкции верхних дыхательных путей включают такие общие симптомы как увеличение частоты дыхания и респираторного усилия. Типичные симптомы наблюдаются преимущественно во время вдоха и могут включать:

• Тахипноэ
• Увеличение респираторного усилия (втяжения на вдохе, раздувание крыльев носа)
• Изменение голоса (например, осиплость), «лающий» кашель.
• Стридор (обычно инспираторный, но может быть двухфазным)
• Снижение экскурсии грудной клетки
• Ослабление дыхательных шумов

Могут присутствовать другие симптомы - цианоз, слюнотечение, кашель или парадоксальное дыхание. Частота дыхания обычно повышается незначительно, потому что при высокой частоте дыхания поток воздуха становится турбулентным, а сопротивление ему увеличивается.
Обструкция нижних дыхательных путей
Обструкция нижних дыхательных путей (т.е. дыхательных путей внутри грудной клетки) может возникать на уровне нижней части трахеи, бронхов, или бронхиол. Обычные причины обструкции нижних дыхательных путей, это астма и бронхиолит.
Клинические признаки обструкции нижних дыхательных путей включают такие общие симптомы как увеличение частоты дыхания и респираторного усилия. Типичные признаки наблюдаются во время выдоха и включают:

• Тахипноэ
• Свистящее дыхание (чаще на выдохе, но может быть на вдохе, или двухфазное)
• Увеличение респираторного усилия (втяжения, раздувание крыльев носа, удлинение выдоха)
• Удлиненный выдох сочетается с увеличением экспираторного усилия (т.е. процесс выдоха становится активным, а не пассивным)
• Кашель

У детей с острой обструкцией нижних дыхательных путей (например, при астматическом статусе), увеличение внутриплеврального давления во время форсированного выдоха приводит к сдавлению ближайших к альвеолам дыхательных путей. Сдавление дыхательных путей усиливает обструкцию на выдохе и поток выдыхаемого воздуха не увеличивается. При выраженном коллапсе мелких дыхательных путей, возникает задержка воздуха и
перераздувание легких.
У ребенка с тяжелым обострением астмы частота дыхания снижается и тем самым поддерживается более низкая скорость движения воздуха. Одновременно ребенок пытается увеличить дыхательный объем для обеспечения нормальной альвеолярной вентиляции. Эти реакции минимизируют силы трения и работу дыхания. Однако у младенцев, при обструкции нижних дыхательных путей, частота дыхания имеет тенденцию к увеличению. Грудная клетка у младенцев податлива. Если младенец пытается дышать более глубоко, значительное снижение внутриплеврального давления относительно атмосферного может привести к большему западению грудной стенки. Для младенцев более эффективно дышать с высокой частотой и малым дыхательным объемом для поддержания минутной вентиляции, сохраняя относительно больший объем газа в легких при значительной обструкции нижних дыхательных путей.
Паренхиматозные заболевания легких
Заболевания ткани легких (паренхиматозные) - этим термином обозначена группа разнородных клинических состояний, при которых повреждается паренхима легких. Повреждение легких при паренхиматозных заболеваниях происходит на уровне альвеолокапиллярной единицы и характеризуется коллапсом альвеол и мелких дыхательных путей или заполнением альвеол жидкостью. Это приводит к нарушению оксигенации и, в тяжелых случаях, вентиляции. Типично снижение комплайнса легких и обнаружение легочных инфильтратов на рентгенограмме органов грудной клетки.
Паренхиматозные заболевания легких имеют множество причин. Поражение ткани легких возникает при пневмонии различной этиологии (например, бактериальной, вирусной, химической), отеке легких (ассоциированном с застойной сердечной недостаточностью или с повышенной проницаемостью капилляров, как при сепсисе), остром респираторном дистресс-синдроме (ARDS). Другой возможной причиной является ушиб легкого (травма). Также к потенциальным причинам поражения паренхимы легких относятся аллергические реакции, действие токсинов, васкулит, и инфильтративные заболевания.
Клинические симптомы паренхиматозных заболеваний легких:

• Тахипноэ (часто выраженное)
• Тахикардия
• Увеличение респираторного усилия
• Экспираторное хрюканье
• Гипоксемия (улучшение оксигенации при назначении кислорода может отсутствовать)
• Хрипы в легких
• Ослабление дыхательных шумов

У детей с паренхиматозными заболеваниями легких, вентиляция (т.е. выведение углекислого газа) часто может поддерживаться относительно небольшим количеством функционирующих альвеол, тогда как оксигенация нарушается. Ухудшение вентиляции, на что указывает гиперкарбия, это поздний признак прогрессирующего заболевания.
Экспираторное хрюканье возникает при сужении голосовой щели во время выдоха для поддержания положительного давления в дыхательных путях и предотвращения коллапса альвеол и мелких дыхательных путей.
Нарушение регуляции дыхания
При нарушении регуляции дыхания, структура дыхания становится патологической, что проявляется неадекватной частотой дыхания, недостаточным респираторным усилием, или тем и другим. Часто родители говорят, что ребенок «странно дышит». Обычно причиной являются неврологические нарушения (например, судороги, инфекция ЦНС, черепно-мозговая травма, опухоль головного мозга, гидроцефалия, нервно-мышечное заболевание). Поскольку нарушение регуляции дыхания обычно возникает при состояниях с ухудшением функции нервной системы, у таких детей часто отмечается угнетение сознания.
Клинические признаки нарушения регуляции дыхания:

• Неустойчивая или нерегулярная частота дыхания (тахипноэ, чередующееся с брадипноэ)
• Изменяющееся респираторное усилие
• Поверхностное дыхание (часто приводящее к гипоксемии и гиперкарбии)
• Центральное апноэ (т.е. апноэ с отсутствием любых попыток вдоха)

Список литературы

1. Baraff LJ. Capillary refill: is it a useful clinical sign? Pediatrics. 1993;92:723-724.
2. Cote CJ, Ryan JF, Todres ID, Groudsouzian NG, eds. A Practice of Anesthesia for Infants and Children. 2nd ed. Philadelphia, Pa: WB Saunders; 1993.