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ANATOMICAL AND PHYSIOLOGICAL SPECIFICATIONS IN CHILDREN ANATOMISCHE UND PHYSIOLOGISCHE BESONDERHEITEN BEI KINDERN Development of the Lungs and its patho-physiological Consequences Entwicklung der Lunge und ihre pathophysiologischen Folgen Anatomy of the Airways in Children Anatomie der Atemwege bei Kindern ANATOMICAL AND PHYSIOLOGICAL SPECIFICATIONS IN CHILDREN ANATOMISCHE UND PHYSIOLOGISCHE BESONDERHEITEN BEI KINDERN Galic 2023: There is a large variety of anatomical and physiological features which make small children more susceptible to breathing disorders, with higher risks and greater differences in the course and characteristics of the disease. Galic: Es gibt eine Vielzahl anatomischer und physiologischer Merkmale, die kleine Kinder anfälliger für Atemwegserkrankungen machen, mit höheren Risiken und größeren Unterschieden im Verlauf und den Ausprägungen der Erkrankung. These characteristics can help understand the disease process and -states also during homeopathic treatment. Diese Merkmale können auch während der homöopathischen Behandlung zum Verständnis des Krankheitsverlaufs und der Krankheitszustände beitragen. Development of the Lungs and its patho-physiological Consequences Entwicklung der Lunge und ihre pathophysiologischen Folgen Embryonal Period Embryonalperiode Until week seven- organogenesis, formation of larger airways Bis zur siebten Woche: Organogenese, Bildung größerer Atemwege Fetal Period Fetalperiode Around week 17 of gestation - development of the main bronchial system, first acini form. Um die 17. Schwangerschaftswoche: Entwicklung des Hauptbronchialsystems, Bildung der ersten Azini. Around week 26 - formation of lung periphery and first alveolar septa, differentiation of alveolar epithelium; beginning production of pulmonary surfactant. Um die 26. Woche: Bildung der Lungenperipherie und der ersten Alveolarsepten, Differenzierung des Alveolarepithels; Beginn der Produktion von Lungensurfactant. Premature Birth Frühgeburt In preterm babies one of the possible complications is the lack of surfactant, causing insufficient surface tension of the alveolar membranes, which increases the risk of alveolar collapse. Bei Frühgeborenen ist ein Mangel an Surfactant eine der möglichen Komplikationen. Dies führt zu einer unzureichenden Oberflächenspannung der Alveolarmembranen und erhöht das Risiko eines Alveolarkollapses. Newborns until 3rd year of Life Neugeborene bis zum 3. Lebensjahr At birth only 15%-20% of all the alveolae are mature (indicates lung volume). Bei der Geburt sind nur 15-20 % aller Alveolen ausgereift (entspricht dem Lungenvolumen). In this age-group obstruction of airways leads to a pathological respiratory resistance/distress much more quickly than at an older age. In dieser Altersgruppe führt eine Obstruktion der Atemwege deutlich schneller zu einem pathologischen Atemwiderstand/einer Atemnot als in höherem Alter. This has several reasons: First we have the much lower count of alveolae. Dies hat mehrere Gründe: Erstens ist die Anzahl der Alveolen deutlich geringer. Second the bronchi are much softer and therefore tend to collapse much more easily. Zweitens sind die Bronchien viel weicher und neigen daher leichter zum Kollaps. Third is that collateral ventilation-paths are not yet developed sufficiently. Drittens sind die kollateralen Ventilationswege noch nicht ausreichend entwickelt. For these reasons obstructive problems in the small bronchi can soon lead to a life-threatening situation. Aus diesen Gründen können obstruktive Probleme in den kleinen Bronchien schnell zu einer lebensbedrohlichen Situation führen. Because of the embryonic connection of the cervical dermatome C4 to the diaphragm, there are frequent cervical tensions as a concomitant symptom of breathing problems. Aufgrund der embryonalen Verbindung des zervikalen Dermatoms C4 mit dem Zwerchfell treten häufig Halsverspannungen als Begleitsymptom von Atemproblemen auf. Nurslings need 30% of their energy for breathing - adults at rest need only 5%! Säuglinge benötigen 30 % ihrer Energie für die Atmung - Erwachsene im Ruhezustand nur 5 %! In nurslings the ribs run straightly transversal. Bei Säuglingen verlaufen die Rippen gerade quer. Therefore they cannot rotate their ribs, so the breathing-movement depends mainly on the diaphragm. Da sie ihre Rippen nicht drehen können, hängt die Atembewegung hauptsächlich vom Zwerchfell ab. This is important because the intercostal muscle spasms in acute respiratory distress-syndrome are the main indicators for the evaluation of case-severity, next to the significant facial expression. Dies ist wichtig, da die Interkostalmuskelkrämpfe beim akuten Atemnotsyndrom neben dem auffälligen Gesichtsausdruck die wichtigsten Indikatoren für die Beurteilung des Schweregrads sind. Chest breathing starts with contraction of scalene muscles, the intercostal muscles follow. Die Brustatmung beginnt mit der Kontraktion der Skalenusmuskulatur, die Interkostalmuskulatur folgt. Therefore it is dangerous if the intercostal muscles cramp instead of actually contracting! Daher ist es gefährlich, wenn sich die Interkostalmuskulatur verkrampft, anstatt sich tatsächlich zusammenzuziehen! Children above the age of three Kinder über drei Jahren From here on the maturation of the lungs follows a more continuous path. Ab hier verläuft die Lungenreifung kontinuierlicher. From this point on the lungs have the shape and appearance of adults' lungs on a smaller scale. Ab diesem Zeitpunkt hat die Lunge die Form und das Aussehen der Lunge eines Erwachsenen, nur in kleinerem Maßstab. Anatomy of the Airways in Children Anatomie der Atemwege bei Kindern (Ed. For clarification see also anatomic pictures, graphics - like e.g. Netters'Anatomy) (Hrsg. Zur Verdeutlichung siehe auch anatomische Bilder, Grafiken - z. B. Netters' Anatomie) Upper Airways Obere Atemwege The respiratory resistance in the nose is only half as pronounced in nurslings than it is later on. Der Atemwiderstand in der Nase ist bei Säuglingen nur halb so stark ausgeprägt wie später. This is because the larynx stands up high, the laryngeal lid is soft, relatively big and is slightly turned in the direction of the palate, all which lead to the favoring of nasal breathing. Dies liegt daran, dass der Kehlkopf hoch steht, der Kehlkopfdeckel weich, relativ groß und leicht zum Gaumen gedreht ist, was die Nasenatmung begünstigt. Furthermore the tongue is relatively big, which also impedes mouth breathing. Außerdem ist die Zunge relativ groß, was die Mundatmung ebenfalls behindert. This may be a reason why some experienced homeopaths say that the symptom "Motion of alae nasi" is not homeopathically characteristic in small children. Dies könnte ein Grund dafür sein, dass einige erfahrene Homöopathen sagen, dass das Symptom "Bewegung der Nasenflügel" bei Kleinkindern homöopathisch nicht charakteristisch ist. So during nose-obstruction - like in coryza - mouth-breathing is much less efficient in nurslings than in older children or adults and can lead to severe breathing difficulties. Bei einer Nasenverstopfung - wie bei Schnupfen - ist die Mundatmung bei Säuglingen daher deutlich weniger effizient als bei älteren Kindern oder Erwachsenen und kann zu schweren Atembeschwerden führen. The narrowest part of the larynx in nurslings is at the cricoid cartilage, while in adults it is the glottis. Die engste Stelle des Kehlkopfes befindet sich bei Säuglingen am Ringknorpel, bei Erwachsenen an der Stimmritze. Respiratory Muscles Atemmuskulatur These include the diaphragm, the intercostal muscles, the scaleni and abdominal muscles. Dazu gehören das Zwerchfell, die Zwischenrippenmuskulatur, die Skalenusmuskulatur und die Bauchmuskulatur. These are coordinated actively during the breathing cycle. (Details see below at Physiology.) Diese werden während des Atemzyklus aktiv koordiniert. (Details siehe unten unter Physiologie.) In nurslings up to the first birthday the thorax plays only a small role for the process of breathing. Bei Säuglingen bis zum ersten Geburtstag spielt der Brustkorb für den Atmungsprozess nur eine geringe Rolle. The ribs are soft and flexible, they stand horizontally and therefore expansion of the thorax is hardly possible. Die Rippen sind weich und flexibel, sie stehen horizontal, sodass eine Ausdehnung des Brustkorbs kaum möglich ist. With stronger and faster breathing the diaphragm moves so forcefully and quickly that the intercostal spaces are drawn in. Bei stärkerer und schnellerer Atmung bewegt sich das Zwerchfell so stark und schnell, dass die Zwischenrippenräume eingezogen werden. The intercostal muscles do not have enough tension to keep the thorax stable. Die Interkostalmuskulatur hat nicht genügend Spannung, um den Brustkorb stabil zu halten. This thoracic excursion is called paradox breathing. Diese Brustkorbexkursion wird als paradoxe Atmung bezeichnet. The diaphragm is the most important respiratory muscle. Das Zwerchfell ist der wichtigste Atemmuskel. In infants the diaphragm is 80% responsible for the process of breathing . Bei Säuglingen ist das Zwerchfell zu 80 % für den Atmungsprozess verantwortlich. Every impairment of its function - such as paralysis, bloated abdomen, hyperinflation, etc. - leads to high-grade dyspnea in nurslings! Jede Funktionsbeeinträchtigung - wie Lähmungen, Blähbauch, Überblähung etc. - führt bei Säuglingen zu schwerer Dyspnoe! Shortly after birth babies mostly have type II muscle-fibers. Kurz nach der Geburt haben Babys meist Muskelfasern vom Typ II. Only after the first year of life does the number of type I muscle-fibers rise, type I fibers being more resistant to fatigue. Erst nach dem ersten Lebensjahr steigt die Anzahl der Muskelfasern vom Typ I an, da diese ermüdungsresistenter sind. The average oxygen consumption of the breathing muscles lies at 5% of the total body-requirement. Der durchschnittliche Sauerstoffverbrauch der Atemmuskulatur liegt bei 5 % des gesamten Körperbedarfs. This rises10-fold up to 50% in severe pneumonia! Bei einer schweren Lungenentzündung steigt dieser um das Zehnfache, bei schweren Lungenentzündungen sogar um bis zu 50 %! Physiological Breathing rest Position Physiologische Atemruheposition This is determined by the balance between the elastic retraction power of the lung tissue and the strength and flexibility of the thorax. Diese wird durch das Gleichgewicht zwischen der elastischen Retraktionskraft des Lungengewebes und der Kraft und Flexibilität des Brustkorbs bestimmt. For nurslings exhaling into the elastic equilibrium would be unfavorable, therefore their respiratory calm position is before thorax and lungs meet this equilibrium. Für Säuglinge wäre das Ausatmen in das elastische Gleichgewicht ungünstig, daher befindet sich ihre Atemruheposition, bevor Brustkorb und Lunge dieses Gleichgewicht erreichen. The diaphragm stays tensed also during exhalation. Das Zwerchfell bleibt auch während der Ausatmung angespannt. The higher breathing frequency shortens the time for exhalation avoiding a complete emptying of the lungs. Die höhere Atemfrequenz verkürzt die Ausatmungszeit und verhindert so eine vollständige Entleerung der Lunge. Above that the intra-thoracic pressure rises due to the narrowing of the laryngeal lid, leading to an increase of the end-expiratory residual volume. Darüber hinaus steigt der intrathorakale Druck durch die Verengung des Kehlkopfdeckels an, was zu einer Erhöhung des endexspiratorischen Residualvolumens führt. When the lungs mature between the first and second year of life these specialties fade out. Mit der Lungenreife zwischen dem ersten und zweiten Lebensjahr verschwinden diese Besonderheiten. Breathing Regulation Atemregulation Control variables are: pO2 and pCO2. Kontrollvariablen sind: pO2 und pCO2. Center of control is the respiratory center. Kontrollzentrum ist das Atemzentrum. Sensors are: Peripheral and central chemo- and mechano-receptors in the lungs. Sensoren sind: Periphere und zentrale Chemo- und Mechanorezeptoren in der Lunge. Effectors are the respiratory muscles. Effektoren sind die Atemmuskeln. Respiratory Center Atemzentrum This lies in the Medulla oblongata. Dieses liegt in der Medulla oblongata. This activates spinal moto-neurones for respiratory muscles. Es aktiviert spinale Motoneuronen für die Atemmuskulatur. Simultaneously we find co-innervation from the cranial nerve nuclei for the breathing-synchronic changes in the tongue, larynx and bronchial muscles, influencing the muscle tonus. Gleichzeitig findet eine Koinnervation der Hirnnervenkerne für die atmungssynchronen Veränderungen der Zungen-, Kehlkopf- und Bronchialmuskulatur statt, die den Muskeltonus beeinflusst. In nurslings the laryngeal chemo-reflex is important. Bei Säuglingen ist der Kehlkopf-Chemoreflex wichtig. Following suctioning of the airways during intubation, inhalation of milk or acidic vomiting, an arrest of breathing, bradycardia and increase of vascular resistance in the lungs are possible. Nach Absaugen der Atemwege während der Intubation, dem Einatmen von Milch oder saurem Erbrechen sind Atemstillstand, Bradykardie und ein Anstieg des Gefäßwiderstands in der Lunge möglich. Hypercapnia Hyperkapnie Increase of pCO2 leads to a rise of the tidal volume and breathing frequency. Ein Anstieg des pCO2 führt zu einem Anstieg des Atemzugvolumens und der Atemfrequenz. During sleep this leads to a wake-up-reaction, sometimes with a sudden jolt. Im Schlaf führt dies zu einer Aufwachreaktion, manchmal mit einem plötzlichen Ruck. Hypoxia Hypoxie In older children and adults a decrease of pO2 under 50-60mmHg leads - - to an increase of respiratory drive with an increase of respiratory minute volume. Bei älteren Kindern und Erwachsenen führt ein Abfall des pO2 unter 50-60 mmHg zu einer Steigerung des Atemantriebs mit einem Anstieg des Atemminutenvolumens. In premature born children and newborns this increase of breathing activity is only possible for a few minutes, since it takes so much high energy. Bei Frühgeborenen und Neugeborenen ist diese Steigerung der Atemaktivität aufgrund des hohen Energiebedarfs nur für wenige Minuten möglich. At the same time the patient has an especially delayed expiration with a peculiar breathing sound, due to constriction of the laryngeal lid. Gleichzeitig kommt es aufgrund der Verengung des Kehlkopfdeckels zu einer besonders verzögerten Ausatmung mit einem eigenartigen Atemgeräusch. Especially in premature and newborn babies this mechanism is a primary reason for frequent spells of apnea below a pO2 under 70 mmHg. Insbesondere bei Früh- und Neugeborenen ist dieser Mechanismus eine Hauptursache für häufige Apnoe-Phasen unterhalb eines pO2 unter 70 mmHg. Breathing during Sleep Atmung im Schlaf During REM-sleep breathing is intermittent with higher breathing frequency, lower tidal volume and more pauses of breathing. Im REM-Schlaf ist die Atmung intermittierend mit höherer Atemfrequenz, geringerem Atemzugvolumen und mehr Atempausen. We also find paradox breathing movements and periodic breathing in addition to this mechanism in premature and newborn babies. Zusätzlich zu diesem Mechanismus finden sich bei Früh- und Neugeborenen auch paradoxe Atembewegungen und periodische Atmung. During NON-REM-sleep breathing is regular, the frequency is lower and breathing volume is higher. Im Non-REM-Schlaf ist die Atmung regelmäßig, die Frequenz niedriger und das Atemvolumen höher. In premature born babies we can observe frequent sighing, which activates less used or collapsed parts of the lungs. Bei Frühgeborenen ist häufiges Seufzen zu beobachten, das weniger beanspruchte oder kollabierte Lungenbereiche aktiviert. In the first 3 months of life the portion of NON-REM-sleep makes up to almost half of the total sleeping-time. In den ersten drei Lebensmonaten macht der Non-REM-Schlaf fast die Hälfte der gesamten Schlafzeit aus. Special forms of Breathing Besondere Atmungsformen a. Periodic or Cheyne-Stokes-Breathing: Regular change between deep and flattening breathing with pauses up to 10 seconds in prematurely born children. a. Periodische oder Cheyne-Stokes-Atmung: Regelmäßiger Wechsel zwischen tiefer und flacher Atmung mit Atempausen von bis zu 10 Sekunden bei Frühgeborenen. This is still physiological within the first months of maturely born children. Diese Atmungsform ist in den ersten Lebensmonaten bei reifen Neugeborenen noch physiologisch. Adults only show this form of breathing during hypoxia. Erwachsene zeigen diese Atmungsform nur bei Hypoxie. a. Biot's breathing: Short violent inspiration followed by slow expiration with pauses of breathing if pO2 decreases under 10mmHg. a. Biot-Atmung: Kurze, heftige Einatmung, gefolgt von langsamer Ausatmung mit Atempausen, wenn der Sauerstoffsättigungswert unter 10 mmHg sinkt. This is typical in newborns during asphyxia. Diese Atmungsform ist typisch für Neugeborene während einer Asphyxie. A failure of gasping breathing is a possible explanation for Sudden-Infant-Death-Syndrome (SIDS). Ein Versagen der Atemnot ist eine mögliche Erklärung für den plötzlichen Kindstod (SIDS). Generally breathing excursion is easily palpable with hands laid flatly on the thorax during the first year of life. Im Allgemeinen ist eine Atemexkursion im ersten Lebensjahr mit flach auf den Brustkorb gelegten Händen leicht tastbar. Symmetry and synchronicity of breathing movements show us the state of function of the diaphragm. Symmetrie und Synchronizität der Atembewegungen zeigen den Funktionszustand des Zwerchfells an. Vibrations can transfer easily to the surface of the thorax. Vibrationen können leicht auf die Brustkorboberfläche übertragen werden. ◄ DIFFERENTIAL DIAGNOSIS OF PNEUMONIA | ▲ | GUIDELINES FOR COMPREHENSIVE HOMEOPATHIC CASE-TAKING IN PNEUMONIA AND/OR PLEURISY ► |