Безруких М.М., Сонькин В.Д., Фарбер Д.А. Возрастная физиология (физиология развития ребенка)

Подождите немного. Документ загружается.

переходом от одного уровня функциональной активности к дру-

гому. Поэтому обе эти фазы вместе называют переходными, а

процессы постепенной сонастройки метаболических и вегетатив-

ных систем во время этих фаз — переходными процессами. Пере-

ходные процессы обязательно присущи любой деятельности, что

необходимо учитывать при планировании и организации труда и

отдыха детей. Например, каждая школьная перемена — это сме-

на вида деятельности, и она представляет собой почти сплош-

ной переходный процесс, который продолжается и с началом

следующего урока. Невозможно требовать от детей полной «отда-

чи», пока не завершились переходные процессы в период враба-

тывания, и так происходит на каждом уроке, т.е. после каждой

перемены.

Возрастные особенности переходных процессов заключаются в том,

что у детей они, как правило, короче, чем у взрослых. Это связа-

но с целым рядом причин. Во-первых, у детей меньше размеры

тела и всех их органов, а значит, и меньше инерция. Во-вторых, у

детей относительно выше тонус активирующего симпатического

отдела вегетативной нервной системы и, наоборот, снижен то-

нус парасимпатического отдела. Благодаря этому дети быстрее

переходят с более низкого на более высокий уровень функцио-

нальной активности. В-третьих, детский организм не предраспо-

ложен к масштабному использованию своих резервных возмож-

ностей, поскольку это может значительно нарушить гомеостаз. Си-

стемы поддержания гомеостаза у детей работают с несколько

большим напряжением, поэтому в их организме имеются своего

рода нейрогормональные «ограничители» (механизмы утомления),

не позволяющие чрезмерно перегружать организм. Поэтому от-

клонения в гомеостазируемых параметрах у детей обычно бывают

намного меньше, чем у взрослых. Благодаря этому процессы вос-

становления после окончания работы протекают у них обычно

быстрее. (Следует отметить, что если внешнее воздействие, на-

пример психологическое давление со стороны учителей и родите-

лей, вызовет у ребенка столь же значительные, как и у взрослого,

отклонения гомеостаза, то процессы восстановления у него будут

идти намного медленнее).

Возрастные особенности поддержания устойчивых состояний.

Следует отметить, что ребенок раннего возраста может поддер-

живать такое состояние только на минимальном (базальном) уров-

не функциональной активности. Ребенок первые 3—4 года живет в

непрерывных переходных процессах, ни о какой устойчивой дея-

тельности здесь говорить не приходится. Первые, очень короткие,

не более 10—12 мин, эпизоды устойчивого состояния могут на-

блюдаться при умственной деятельности у ребенка старше 4 лет.

Для мышечной деятельности характерно отсутствие устойчивых

состояний у детей до завершения полуростового скачка, т.е. до

181

6—7 лет. Это обусловлено спецификой работы управляющих не-

рвных центров, а также организацией метаболических процессов

в самих скелетных мышцах. Только с 7 лет можно постепенно при-

учать ребенка к выполнению достаточно длительной мышечной

работы и только в том случае, если интенсивность работы опти-

мальна. При этих условиях ребенок к 8—9 годам способен обу-

читься устойчиво выполнять нагрузку в течение десятков минут

(умеренный бег, езда на велосипеде, лыжи и т.п.).

Утомление, его стадии, проявления и механизмы. Длительное

выполнение работы неизбежно ведет к утомлению. Это состояние

знакомо каждому человеку с детства. Слово «устал» — одно из

первых, появляющихся в лексиконе детей уже в 2—3 года. Устал —

значит «не могу больше делать это дело», а вовсе не «ничего не

могу делать». Переключение на другой вид деятельности — одна

из лучших форм преодоления утомления, о чем писал еще в XIX в.

наш выдающийся физиолог И.М.Сеченов.

До настоящего времени не прекращаются споры о том, где в

организме то «место», в котором накапливается утомление. Одни

физиологи убеждены, что все дело в нервных центрах, которые

истощаются и не могут более продолжать посылать управляющие

импульсы к органам-исполнителям. Другие настаивают на том,

что утомить нервную клетку крайне трудно, а причина утомления

лежит исключительно в сдвигах гомеостаза, несовместимых с про-

должением работы. Третьи считают, что утомление — процесс пе-

риферический, означающий истощение тех клеток и тканей, ко-

торые несут на себе основные тяготы выполняемой деятельности.

В последние годы стало складываться представление о том, что

все эти три утверждения по-своему верны, но применить их для

объяснения феномена утомления можно лишь с учетом конкрет-

ного вида деятельности и параметров нагрузки: ее интенсивно-

сти, объема, а также от условий, в которых происходит деятель-

ность.

Утомление — процесс фазный, как и многие другие процессы

в организме человека. В первой фазе возникает некоторое на-

пряжение в деятельности физиологических систем. Устойчивое со-

стояние может еще не нарушиться, но поддерживать его стано-

вится все труднее. Только современные математические приемы

обработки результатов физиологических исследований с помощью

компьютеров позволили «увидеть» эту фазу утомления.

Во второй фазе уже отчетливо видны нарушения устойчи-

вого состояния (рис. 32). При мышечной деятельности это прояв-

ляется в несогласованном снижении одних показателей и повы-

шении других. Например, потребление кислорода может начать

снижаться, а объемная скорость дыхания при этом возрастать. Это

явный признак снижения эффективности и разбалансировки в

деятельности вегетативных систем, характерный для утомления.

182

Рис. 32. Различие в динамике частоты сокращений сердца

при легкой и тяжелой работе

При этом работа по-прежнему выполняется в том же объеме, с

прежней интенсивностью: компенсаторные механизмы все еще

справляются с удержанием необходимых функциональных свойств

мышц. При умственной работе эта фаза обычно проявляется в уве-

личении числа ошибок, т.е. опять же в снижении эффективности,

при сохранении скорости работы.

Третья

фаза — срыв устойчивого состояния. Разбалансиров-

ка в работе вегетативных систем быстро нарастает, их эффектив-

ность резко падает, и вслед за этим наступает отказ от

работы

(«Не

могу!»). Умственная работа, не требующая столь больших энергети-

ческих ресурсов, может при этом и продолжаться, однако ее неэф-

фективность делает ее продолжение совершенно бессмысленным.

Таким образом, чем дольше не наступает утомление при опре-

деленном уровне нагрузки либо чем выше уровень нагрузки, при

котором наступает утомление, тем выше работоспособность чело-

века.

Особенности утомления у детей исследованы мало, и это по-

нятно, учитывая, сколь сложны

небезопасны для здоровья мог-

ли бы быть подобные исследования. Тем не менее известно, что

пределы колебаний разнообразных характеристик гомеостаза у

детей существенно уже, чем у взрослых, и это — один из факто-

ров большей утомляемости детей. Второй фактор — незрелость

нервных центров. Третий фактор — незрелость периферических

органов и тканей. По крайней мере установлено, что скелетные

мышцы морфологически и функционально созревают до уровня,

183

при котором организм способен противостоять утомлению при

умеренных нагрузках, когда возраст ребенка достигает 6—6,5 лет,

а утомление от нагрузок большой мощности у детей младшего

школьного возраста наступает в 20 раз быстрее, чем у старше-

классников.

Признаками утомления являются: потливость рук и лица, по-

краснение лица, появление различных жалоб на самочувствие («бо-

лит голова», «живот» и т.п.). В тяжелых случаях (при переутомле-

нии) могут наблюдаться вегетативные расстройства, бледность,

тошнота и рвота, обмороки. Одним из факторов утомления может

быть гипогликемия (снижение концентрации сахара в крови), а

при физической работе — дегидратация организма, поэтому в та-

кой ситуации ребенку рекомендуется предложить теплое сладкое

питье.

Работоспособность и факторы, ее определяющие. Несмотря на

интуитивно очевидный смысл слова «работоспособность», точ-

ного общепринятого определения этого понятия не существует.

Ясно, что это слово означает способность выполнять работу, при-

чем главным образом — длительную и объемную. Измерение объе-

ма выполненной работы за фиксированное время служит достаточно

надежным и широко используемым способом оценки работоспо-

собности.

В то же время столь же очевидно, что чем интенсивней человек

работает, тем быстрее он устает. Сумеет ли он при этом выпол-

нить больший объем работы, чем тот, кто работает в более спо-

койном темпе, если не ограничивать время испытания? Точные

измерения, проведенные физиологами спорта, показали: нет, не

сумеет. Менее интенсивная работа позволяет человеку выполнить

значительно больший ее объем. Таким образом, наряду с объемом

выполняемой работы для оценки работоспособности важно знать,

какими резервами интенсивности обладает человек.

Некоторые исследователи предлагают определять работоспо-

собность как способность противостоять утомлению. Однако глав-

ным критерием утомления при этом может выступать лишь каче-

ство (для умственной) и экономичность (для мышечной) работы.

Поэтому третий параметр, который необходимо учитывать, — это

качество, эффективность работы. Можно сделать очень много не-

нужной продукции, брака, но это не будет показателем высокой

работоспособности. Чем быстрее, интенсивнее производится ра-

бота, тем большее количество ошибок допускает человек, тем

менее экономично работают его физиологические системы, во

всяком случае, за пределами зоны оптимума.

Еще один из подходов к оценке работоспособности — выявле-

ние возможности длительного удержания устойчивого состояния.

Широко распространены также способы оценки работоспособно-

сти на основании изменения функциональной активности вегета-

184

6 9 12 15 18 21 24 3 6

Время, часы суток

Рис. 33. Суточная динамика умственной работоспособности

тивных систем, например, по характеру реакции частоты пульса

на стандартную нагрузку или по прибавке частоты пульса в ответ

на увеличение интенсивности работы. Эти подходы больше каса-

ются мышечной работоспособности, поскольку при выполнении

умственной работы труднее выявить значительные изменения в

деятельности физиологических функций.

Работоспособность зависит от множества факторов, как внут-

ренних, так и внешних. Так, на фоне эмоционального подъема

человек способен «горы свернуть», а в состоянии депрессии у него

«все из рук валится». Работоспособность напрямую связана с со-

стоянием здоровья и функциональной зрелостью организма. Дети

младшего школьного возраста гораздо менее работоспособны, чем

старшеклассники и взрослые. Падает работоспособность также в

период пубертата. Любое функциональное неблагополучие, стресс

и хроническое переутомление крайне негативно сказывается на

работоспособности. По этой причине измерение и оценка разно-

образных показателей работоспособности — важный и широко

распространенный прием в возрастной физиологии, школьной

гигиене, валеологии. Простейшие способы оценки работоспособ-

ности (умственной и мышечной) было бы полезно освоить учите-

лям и родителям, это могло бы помочь им подбирать для детей

адекватную их возможностям учебную и физическую нагрузку. На

рис. 33 представлена типичная динамика работоспособности в те-

чение суток.

Нейроэндокринная регуляция функций в процессе деятельности.

Умственная деятельность и учебная нагрузка. Физиологические

эффекты умственной деятельности, в том числе изменения гор-

мональной ситуации в организме, исследованы пока очень мало.

Специальные измерения активности симпатоадреналовой систе-

мы у школьников младших классов в течение учебного года по-

зволили установить, что адаптация к условиям обучения в школе

приводит к довольно значительным сдвигам гормонального ста-

туса организма, особенно в 1-м классе, когда дети попадают в

совершенно новую для них среду. Функциональное напряжение

нарастает у детей от 1-й к 3-й четверти, а затем снижается почти

185

до исходного уровня. Связано ли это с успешно прошедшей адап-

тацией или является результатом истощения катехоламиновых ре-

зервов организма — утверждать сложно. Однако, судя по тому,

что дети продолжают нормально учиться и болеют к концу учеб-

ного года не чаще, чем обычно, а также по тому, что с каждым

следующим годом указанная реакция повторяется, но все менее

выражено, можно считать, что речь должна идти об успешной

адаптации школьников к режиму обучения.

Очень важно отметить, что по-разному организованный учеб-

ный процесс приводит к различным симпатоадреналовым эффек-

там: если учтены все гигиенические требования, включая дли-

тельность уроков, физкультминутки на переменах, режим занятий

и отдыха, организовано качественное питание, а учебная нагруз-

ка соответствует функциональным возможностям детей, сдвиги в

уровне катехоламинов выражены значительно меньше и быстрее

приходят к норме. Если же учебная нагрузка чрезмерна либо не-

правильно организован режим дня школьников, это может вы-

звать повышенное напряжение механизмов нейроэндокринной

регуляции и соответственно весьма негативно сказаться на со-

стоянии здоровья учащихся. К сожалению, учителя и родители

редко соизмеряют объем и интенсивность учебной нагрузки с фун-

кциональными возможностями детского организма, ошибочно по-

лагая, что эти возможности безграничны.

Мышечная деятельность. Значительно лучше изучены нейроэн-

докринные процессы, участвующие в регуляции мышечной дея-

тельности. Правда, данных, касающихся детского организма, по-

чти нет, так как большая часть таких исследований связана с

решением задач спортивной подготовки.

Под воздействием мышечной работы усиливается активность

гипоталамуса, что приводит к увеличению количества выделяе-

мых гипофизом кортикотропного и тиреотропного гормонов, а

также гормона роста. В то же время секреция гонадотропинов тор-

мозится. Таким образом, гипофиз при физической работе выраба-

тывает дополнительные гормоны для стимуляции энергетических

и пластических обменных процессов, но тормозит активность по-

ловой сферы. Задняя доля гипофиза усиливает продукцию вазо-

прессина, что необходимо для предотвращения обезвоживания

организма. Если работа приводит к утомлению, то стимуляция

гипофизом коры надпочечников прекращается, — это и понятно:

организму требуется отдых для восстановления, а избыточная сти-

муляция в такой ситуации была бы неуместной.

В ответ на воздействие со стороны гипофиза щитовидная желе-

за при мышечной работе может несколько повысить свою актив-

ность, выбрасывая в кровь добавочные порции тироксина, что

обеспечивает активацию тканевого дыхания. Параллельно возрас-

тает уровень кальцитонина, который способствует укреплению

186

костной ткани, поэтому детренированность и гиподинамия не-

редко ведут к появлению хрупкости костей. Гормоны щитовидной

железы бывают особенно активны в тех случаях, когда организм

попадает в условия пониженной температуры: тироксин необхо-

дим для нормальной регуляции температуры тела в холодных ус-

ловиях, так как усиливает продукцию тепла мышечными клетка-

ми и печенью.

Вилочковая железа (тимус), основная роль которой — участие

в иммунных реакциях организма, под влиянием напряженной мы-

шечной деятельности обычно уменьшается в размерах, но при

этом ее эндокринная активность даже повышается. Поскольку этот

орган с возрастом уменьшается и замещается соединительной тка-

нью, его функция особенно важна для детского организма с не-

установившимися еще иммунными реакциями.

Поджелудочная железа реагирует на физические нагрузки фаз-

но: сначала ее активность растет и содержание инсулина в крови

увеличивается — соответственно увеличивается использование

глюкозы тканями организма. Затем уровень инсулина снижается,

и с этим связан переход на использование жиров в качестве пита-

ния для работающих мышц. Эта реакция чрезвычайно целесооб-

разна, так как жиры представляют собой гораздо более эконо-

мичное «топливо» для мышц, чем углеводы.

Стимуляция со стороны гипофиза заставляет кору надпочеч-

ников вырабатывать дополнительные количества глюкокортикои-

дов. Благодаря этому мобилизуются белковые и углеводные ресур-

сы организма, активизируются многие приспособительные реакции

организма, в том числе со стороны сердечно-сосудистой системы.

Однако чрезмерные нагрузки приводят к перерасходу и исчерпа-

нию ресурсов глюкокортикоидов. Это защитная реакция организ-

ма, но проявляется она иногда в форме синдрома переутомле-

ния, сопровождается головной болью, расстройством вегетатики,

неприятными ощущениями в области солнечного сплетения и т.п.

Мозговой слой надпочечников первым реагирует на мышеч-

ную нагрузку резкой активацией продукции адреналина. Биологи-

ческую целесообразность такой реакции мы уже обсуждали выше.

Уровень катехоламинов в крови увеличивается пропорционально

мощности нагрузки. При значительном утомлении содержание

адреналина и норадреналина во всех тканях тела, включая кровь,

заметно снижается. Введение адреналина и его аналогов извне су-

щественно стимулирует возможности организма, в том числе

мышц, дыхания, сердца и других систем. На этом принципе рабо-

тают многие препараты, относящиеся к разряду допингов и по-

этому запрещенные в спорте.

Интенсивная мышечная нагрузка тормозит продукцию жен-

ских половых гормонов — эстрогенов. В то же время силовые на-

грузки, требующие наиболее напряженных мышечных сокраще-

187

ний, стимулируют выработку мужских половых гормонов — анд-

рогенов, особенно в восстановительном периоде, когда нужно

реконструировать поврежденные за время работы скелетные мыш-

цы. Эта реакция весьма адаптивна и обеспечивает рост мышц в

процессе тренировок. Потому-то ее и вызывают искусственным

путем с помощью синтетических анаболических стероидов, зап-

рещенных к применению в спорте наравне с другими допингами.

Использование допингов может приводить к безвозвратной утра-

те мужчинами потенции, а женщинами фертильности (способно-

сти вырабатывать яйцеклетки, пригодные для оплодотворения), а

также к развитию сердечно-сосудистых и раковых заболеваний. По-

вышенный уровень андрогенов в крови мужчин, занимающихся

тяжелым физическим трудом, особенно в периоды отдыха, спо-

собствует их повышенной половой активности. Умственная рабо-

та, напротив, угнетает половую функцию.

Детям до завершения полового созревания и окончания пубер-

татного скачка роста противопоказаны тяжелые физические на-

грузки, связанные с поднятием тяжестей (спортивные единобор-

ства, тяжелая атлетика и т.п.). Это обусловлено тем, что на фоне

неустановившейся нейрогуморальной регуляции подростков не-

гативные последствия таких нагрузок могут проявиться как в преж-

девременной остановке роста, так и в ускоренном завершении

полового созревания, что нередко отрицательно сказывается на

состоянии здоровья в дальнейшем.

Физиология адаптации

Адаптация: процесс и результат. Слово «адаптация» происходит

от латинского слова, означающего приспособление. Процесс адап-

тации — это процесс морфологических и функциональных пре-

образований в организме, в результате которых действующий фак-

тор среды ослабляет или вовсе прекращает свое негативное воз-

действие не потому, что он устранен, а потому, что организм уже

не воспринимает этот фактор как нечто неблагоприятное. Резуль-

татом адаптации является способность организма нормально функ-

ционировать в новых для него условиях при сохранении важней-

ших параметров гомеостаза и высокой работоспособности. Здесь в

полной мере вступает в силу принцип Ле Шателье, согласно ко-

торому сложная система под воздействием оказанного на нее дав-

ления изменяется таким образом, чтобы минимизировать послед-

ствия этого воздействия.

На протяжении жизни человеку неоднократно приходится пе-

реживать периоды адаптации. Первый из них — момент рожде-

ния, сразу после которого организм должен достаточно быстро

приспособиться к множеству таких вновь возникших факторов,

188

как сила тяжести, переменная температура, воздушная среда, мик-

робные агрессии и т.п. Поскольку внешняя среда постоянно ме-

няется и задает свои условия организму, постольку жизнь есть

непрерывная адаптация к физическим, химическим, биологиче-

ским и социальным факторам окружающей среды.

Срочная и долговременная адаптация. Впервые столкнувшись с

действием какого-либо фактора, способного нарушить гомеостаз

или привычную деятельность физиологических систем, организм

бурно реагирует, пытаясь найти выход из создавшегося положе-

ния. Бурная реакция организма проявляется в виде активации

множества физиологических функций. Такая срочная адаптация

базируется на том функциональном диапазоне, который характе-

рен для каждой из участвующих в этом процессе физиологиче-

ских функций. Эта порой хаотическая активность обычно позво-

ляет решить задачу срочного приспособления, хотя его физиоло-

гическая цена может быть чрезвычайно высока. Поэтому, если такое

же воздействие возникает вновь и вновь, организм переходит к

другой стратегии адаптации, которая требует значительно более

глубоких перестроек и во много раз больше времени, но позволя-

ет решить возникшую задачу гораздо эффективнее. Такая долго-

временная адаптация обязательно включает в себя этап актива-

ции генетического аппарата клеток тех органов и тканей, кото-

рые наиболее активно участвуют в процессах срочной адаптации.

Доказано, что сам процесс срочной адаптации через образующиеся

при этом промежуточные продукты обмена веществ (в частности,

циклический АМФ) как раз и запускает активацию клеточного

генома, что необходимо для начала синтезов новых белков и дру-

гих структурных и функциональных молекул в клетках адаптиру-

ющегося организма. Постепенно, по мере многократного повто-

рения воздействия фактора, к которому приспосабливается орга-

низм, его структурные и функциональные возможности становятся

все в большей мере пригодными для наиболее эффективного и

экономичного реагирования на каждое такое воздействие. И на-

конец, наступает момент, когда организм воспринимает воздей-

ствие этого фактора как нечто совершенно обычное, не ведущее

к какому-либо значительному увеличению функциональной ак-

тивности. Считается, что для человека этот период обычно со-

ставляет около 6 нед.

Следует подчеркнуть, что сила действия фактора, вызываю-

щего адаптацию, должна превысить некий порог, иначе организм

не прореагирует на это воздействие. Так, если мы хотим закалить

ребенка с помощью обливания его ног водой, т.е. вызвать у него

температурную адаптацию, то температура воды должна быть до-

статочно низкой (22—24 °С), чтобы такое воздействие организм

воспринял как существенное. Если вода будет близка по темпера-

туре к термонейтральной зоне (28—30 °С), то никакой адаптации

189

не произойдет, сколько бы мы ни применяли эту водную про-

цедуру.

Согласованность структурно-функциональных изменений, прин-

цип симморфоза. В процессе адаптивной перестройки организма не

может произойти так, что один орган изменится, а все другие

останутся прежними. Любое изменение структуры и функции ча-

сти организма ведет к адекватным изменениям целого, поскольку

организм — это единая система, и на подобные воздействия он

реагирует как одно целое. Другое дело, что не обязательно все

органы или ткани должны, например, гипертрофироваться (уве-

личиваться в размере) — адаптация всегда протекает целесооб-

разно, в соответствии с принципом разумной достаточности. Изу-

чая разнообразные проявления адаптации в процессе эволюции,

в условиях различной среды обитания и в онтогенезе, физиологи

выдвинули принцип симморфоза, т.е. согласованных морфологи-

ческих и функциональных адаптивных изменений. Согласно этому

принципу, изменения в системе дыхания связаны с адекватными

изменениями в системе кровообращения, а те в свою очередь — с

аналогичными изменениями в системе гормональной регуляции

и т.д. Таким образом, гармоничное приспособление за счет изме-

нения только одной структуры невозможно — при этом обяза-

тельно изменится многое.

Адаптивные возможности и их пределы. В геноме каждого чело-

века заключены огромные возможности реализации самых разно-

образных адаптивных вариантов, однако они не беспредельны.

И пределы эти установлены наследственными характеристиками,

которые специфичны для каждого биологического вида. Напри-

мер, человек никогда без помощи технических средств не сможет

находиться под водой десятки минут, как это могут делать кито-

образные; не сможет пользоваться ультразвуком для ориентации

в пространстве, как это умеют делать летучие мыши; не сможет

впадать в спячку, как медведь, и т.п. Но и тех возможностей,

которыми располагает человек благодаря его наследственности,

вполне достаточно для того, чтобы приспособиться к широчай-

шему разнообразию экологических условий, встречающихся на

Земле. Человек по своим биологическим свойствам — одно из са-

мых выносливых существ, обладающих огромной для его разме-

ров силой и быстротой, а уж в сфере мыслительных процессов он

просто не имеет равных среди живущих на Земле организмов. Од-

нако для того чтобы полностью реализовать любую из заложен-

ных в генетическом коде человека потенциальных возможностей,

необходима длительная и упорная тренировка, т.е. адаптация.

Непрерывность адаптации. Принципиальной особенностью био-

логической адаптации является ее актуальность. Если то или иное

свойство, возникшее в результате адаптации, никогда больше не

использовалось или долго не использовалось, это свойство утра-

190