«Возрастная анатомия и физиология»

Ольга Александровна Антонова Возрастная анатомия и физиология

Принятые сокращения

АТФ – аденозинтрифосфат

Сокращения единиц измерения

А – ампер

В – вольт

Вт – ватт

г – грамм

га – гектар

град. – градус

Гц – герц

Д – дальтон

дБ – децибел

Дж – джоуль

дптр – диоптрия

кал – калория (внесистемная единица количества теплоты)

кв. м – квадратный метр

куб. м – кубический метр

кг – килограмм

л – литр

лк – люкс

М – масса молекулярная относительная

м – метр

мин – минута

мл – миллилитр

мм рт. ст. – миллиметр ртутного столба с – секунда

см – сантиметр

ч – час

Сокращенные обозначения приставок для образования наименований кратных и дольных величин физических измерений

д – деци... (10-1)

к – кило... (103)

м – милли... (10-3)

мк – микро... (10-6)

н – нано... (10-9)

Тема 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ДЕТСКОГО ОРГАНИЗМА

1.1. Основные закономерности роста и развития

Общебиологическими свойствами живой материи являются процессы роста и развития, которые начинаются с момента оплодотворения яйцеклетки и представляют собой непрерывный поступательный процесс, протекающий в течение всей жизни. Организм развивается скачкообразно, и разница между отдельными этапами жизни сводится к количественным и качественным изменениям.

Ростом называется увеличение размеров и объема развивающегося организма за счет размножения клеток тела и возрастания массы живого вещества. Изменения касаются прежде всего антропометрических показателей. В одних органах (таких как кости, легкие) рост осуществляется в основном за счет увеличения числа клеток, в других (мышцах, нервной ткани) преобладают процессы увеличения размеров самих клеток. Необходимо сказать, что данное определение роста не затрагивает изменений, обусловленных жироотложением или задержкой воды.

Абсолютными показателями роста организма являются повышение в нем общего количества белка и увеличение размеров костей. Общий рост характеризуется увеличением длины тела, зависящим от роста и развития скелета, что, в свою очередь, является одним из основных показателей здоровья и физического развития ребенка.

Рост и физическое развитие происходят одновременно. При этом имеет место усложнение строения, которое называется морфологической дифференцировкой тканей, органов и их систем; изменяется форма органов и всего организма; совершенствуются и усложняются функции и поведение. Между ростом и развитием имеется взаимная закономерная зависимость. В ходе этого процесса накапливаются количественные изменения, что приводит к появлению новых качеств. Нельзя считать наличие возрастных особенностей в строении или деятельности различных физиологических систем свидетельством неполноценности организма ребенка на отдельных возрастных этапах, потому что каждый возраст характеризуется именно комплексом подобных особенностей.

Взаимосвязь физического и психического развития детей. Известный педагог и анатом П.Ф. Лесгафт выдвинул положение о взаимосвязи физического и психического развития детей: физическое воспитание осуществляется путем воздействия на психику детей, что, в свою очередь, отражается на развитии психики. Иначе говоря, физическое развитие обусловливает психическое. Это особенно отчетливо обнаруживается при врожденном недоразвитии больших полушарий головного мозга, которое проявляется в слабоумии. Детей, с рождения имеющих такой дефект, невозможно обучить речи и ходьбе, у них отсутствуют нормальные ощущения и мышление. Или другой пример: после удаления половых желез и при недостаточной функции щитовидной железы наблюдается умственная отсталость.

Установлено, что умственная работоспособность возрастает после уроков физического воспитания, небольшого комплекса физических упражнений на общеобразовательных уроках и перед приготовлением домашних заданий.

Речь и физическое и психическое развитие детей. Роль речи для физического и психического развития детей невозможно переоценить, так как речевая функция оказывает ведущее влияние на их эмоциональное, интеллектуальное и физическое развитие. При этом роль речи в формировании личности школьника и его сознания, а также в его обучении труду и физическим упражнениям возрастает. С помощью речи формируется и выражается мысль, посредством речи производится обучение и воспитание детей. По мере роста и развития у детей увеличивается способность отражения объективной действительности в понятиях, отвлечениях и обобщениях, в законах природы и общества.

Первоначально в младшем школьном возрасте преобладает конкретное, наглядно-образное и практически-действенное мышление. Конкретные образы и действия развивают у младших школьников конкретную память, что, в свою очередь, оказывает значительное влияние на их мышление. Для среднего школьного возраста характерно преобладание словесного отвлеченного мышления, которое становится ведущим у старших школьников. В этом возрасте преобладает словесная, смысловая память.

С помощью устной речи дети обучаются речи письменной, а совершенствование последней влечет еще большее развитие устной речи и процесса мышления. По мере развития способности к обобщениям, абстрактному мышлению происходит переход от непроизвольного внимания к произвольному, целенаправленному вниманию. В процессе психической и физической деятельности детей происходят воспитание и тренировка произвольного и непроизвольного внимания.

Речь и мышление развиваются параллельно в процессе речевого общения с окружающими людьми, во время игр, физических упражнений и трудовой деятельности детей. На психическое развитие детей речь оказывает большое влияние.

Возрастная психология. Возрастная физиология тесно связана с возрастной психологией, изучающей закономерности возникновения, развития и проявлений психики детей. Ее предметом является изучение содержания психики, т. е. того, что именно и как отражает человек в окружающем его мире.

Психика есть результат рефлекторной, или отражательной, деятельности головного мозга людей. Физиология занимается изучением только физиологических механизмов работы головного мозга. Особенно важно изучение функций трудовой деятельности организма человека и его речи, которые являются физиологической основой психики.

Основные закономерности развития организма человека. В течение всего жизненного цикла, с момента зарождения и до смерти, организм человека претерпевает ряд последовательных и закономерных морфологических, биохимических и физиологических (функциональных) изменений. Ребенок – это не уменьшенная копия взрослого человека, поэтому для обучения и воспитания детей нельзя просто количественно уменьшать свойства взрослого человека в соответствии с возрастом, ростом или весом ребенка.

Ребенок от взрослого человека отличается специфическими особенностями строения, биохимических процессов и функций организма в целом и отдельных органов, которые претерпевают качественные и количественные изменения на различных этапах его жизни. В значительной степени эти изменения обусловлены наследственными факторами, которые в основном предопределяют этапы роста и развития. Вместе с тем решающее значение для проявления наследственных факторов и новых качеств организма, формирования возрастных особенностей детей имеют такие факторы, как обучение и воспитание, поведение (деятельность скелетной мускулатуры), питание и гигиенические условия жизни, половое созревание.

Гетерохрония и системогенез. По словам С.И. Гальперина, рост и развитие отдельных органов, их систем и всего организма происходят неравномерно и неодновременно – гетерохронно. Предложил учение о гетерохронии и обосновал вытекающее из него учение о системогенезе выдающийся российский физиолог П.К. Анохин. По его мнению, под функциональной системой надо понимать «широкое функциональное объединение различно локализованных структур на основе получения конечного приспособительного эффекта, необходимого в данный момент (например, функциональная система дыхания, функциональная система, обеспечивающая передвижение тела в пространстве, и др.).

Структура функциональной системы сложна и включает в себя афферентный синтез, принятие решения, само действие и его результат, обратную афферентацию из эффекторных органов и, наконец, акцептор действия, сопоставление полученного эффекта с ожидаемым». Афферентный синтез включает в себя обработку, обобщение разных видов информации, поступающей в нервную систему. В результате анализа и синтеза полученной информации она сопоставляется с прошлым опытом. В акцепторе действия формируется модель будущего действия, прогнозируется будущий результат и происходит сопоставление фактического результата со сформированной ранее моделью.

Различные функциональные системы созревают неравномерно, они включаются поэтапно, постепенно сменяются, создавая организму условия для приспособления в различные периоды онтогенетического развития. Те структуры, которые в совокупности составят к моменту рождения функциональную систему, имеющую жизненно важное значение, закладываются и созревают избирательно и ускоренно. Например, круговая мышца рта иннервируется ускоренно и задолго до того, как будут иннервированы другие мышцы лица. То же самое можно сказать и о других мышцах и структурах центральной нервной системы, которые обеспечивают акт сосания. Другой пример: из всех нервов руки раньше и полнее всего развиваются те, которые обеспечивают сокращение мышц – сгибателей пальцев, осуществляющих хватательный рефлекс.

Избирательное и ускоренное развитие морфологических образований, составляющих полноценную функциональную систему, которая обеспечивает новорожденному выживание, называется системогенезом.

Гетерохрония проявляется периодами ускорения и замедления роста и развития, отсутствием параллелизма в этом процессе. Ряд органов и их систем растет и развивается неодновременно: какие-то функции развиваются раньше, какие-то – позднее.

Высшая нервная деятельность. Гетерохрония обусловливается не только филогенезом и его повторением в онтогенез, что является биогенетическим законом; она определяется условиями существования, которые изменяются на всех этапах онтогенеза детей. Поскольку единство организма и условий его жизни обеспечивается нервной системой, изменение условий существования организма влечет изменение функций и строения нервной системы. Таким образом, в росте и развитии организма, отдельных его органов и систем главная роль принадлежит условным и безусловным рефлексам.

Условные и безусловные рефлексы составляют высшую нервную деятельность, обеспечивают жизнь в постоянно изменяющемся окружающем мире. Все функции организма вызываются и изменяются условно-рефлекторно. Врожденные, безусловные рефлексы являются первичными, они преобразуются приобретенными, условными рефлексами. При этом условные рефлексы не повторяют безусловных, они значительно отличаются от них. При сохранении одних и тех же условий жизни в ряде последовательных поколений некоторые условные рефлексы переходят в безусловные.

При осуществлении высшей нервной деятельности изменяется обмен веществ нервной системы, поэтому на протяжении многих поколений изменилось и ее строение. В итоге строение нервной системы человека (особенно его головного мозга) в корне отличается от строения нервной системы животных.

Обмен веществ. Высшей нервной деятельности принадлежит ведущая роль в онто– и филогенезе. В текущих реакциях организма большое значение имеют взаимные переходы возбуждения и торможения, а также сдвиги взаимоотношений желез внутренней секреции.

Исследования показали, что у животных обмен веществ непосредственно зависит от величины поверхности тела. Удвоение веса тела у млекопитающих происходит за счет одинакового количества энергии, которая содержится в пище, независимо от того, быстро или медленно растет животное, т. е. продолжительность периода времени, необходимого для удвоения веса, обратно пропорциональна интенсивности обмена веществ (правило Рубнера. Указанное правило соблюдается и в отношении организма человека. Но как во время роста, так и после окончания этого периода количественные и качественные отличия обмена веществ организма человека полностью от данного правила не зависят. По завершении роста млекопитающие на 1 кг веса тела потребляют одинаковое количество энергии, относительно человека эта цифра почти в четыре раза больше. Это связано с социальными условиями жизни человека, в основном с его трудовой деятельностью.

Мышечная деятельность. Исключительная роль в онтогенезе человека принадлежит скелетной мускулатуре. В период мышечного покоя в мышцах освобождается 40 % энергии, а во время мышечной деятельности освобождение энергии резко возрастает. Известный физиолог И.А. Аршавский сформулировал энергетическое правило скелетных мышц в качестве главного фактора, который позволяет понять и специфические особенности физиологических функций организма в различные возрастные периоды, и закономерности индивидуального развития. Правило гласит, что «особенности энергетических процессов в различные возрастные периоды, а также изменение и преобразование деятельности дыхательной и сердечно-сосудистой систем в процессе онтогенеза находятся в зависимости от соответствующего развития скелетной мускулатуры».

Движения человека – необходимое условие его существования. Они составляют его поведение, совершаются в процессе труда, в ходе общения с окружающими с помощью речи, при удовлетворении физиологических потребностей и т. д. Движения – залог хорошего самочувствия и положительных эмоций. Это означает, что двигательная активность человека обусловлена социальной и физиологической необходимостью и потребностями, а не субъективным фактором – любовью к мышечным ощущениям (кинезофилией).

При мышечной деятельности существенно возрастает объем информации, которая поступает из окружающей среды через внешние органы чувств – экстерорецепторы. Эта информация играет ведущую роль в рефлекторном регулировании физической и умственной работоспособности. Поступающие из экстерорецепторов нервные импульсы вызывают изменения функций всех внутренних органов. Это приводит к изменению (увеличению) обмена веществ и кровоснабжения нервной системы, двигательного аппарата и внутренних органов, что обеспечивает усиление всех функций организма, ускорение его роста и развития во время мышечной деятельности.

Характер, интенсивность и продолжительность мышечной деятельности детей и подростков зависят от социальных условий: общения с окружающими людьми посредством речи, обучения и воспитания, особенно физического, участия в подвижных играх, спортивной и трудовой деятельности. Поведение детей и подростков в школе, вне школы, в семье, их участие в общественно полезной деятельности определяются социальными закономерностями.

При изменении характера функционирования скелетных мышц происходят рефлекторные изменения строения и функций нервной системы, возникают возрастные различия в строении и развитии скелета и двигательного аппарата, иннервации внутренних органов, их росте и развитии (в первую очередь это касается органов сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем). Физиологический механизм этого действия состоит в том, что при напряжении скелетных мышц и их сокращениях раздражаются имеющиеся в них, в суставах и сухожилиях особые рецепторы – проприорецепторы. Основными функциями проприорецеп-торов являются:

а) раздражение при мышечной деятельности – обязательное условие регуляции движений нервной системой, корригирования их координации, образования новых двигательных рефлексов и навыков;

б) обеспечение в результате притока центростремительных импульсов из проприорецепторов в нервную систему ее высокой работоспособности, особенно головного мозга (моторно-церебральные рефлексы);

в) рефлекторная регуляция работы внутренних органов – обеспечивает координацию движений и изменение функций внутренних органов (моторно-висцеральные рефлексы).

Таким образом, мышечная деятельность есть основное условие умственной и физической работоспособности.

Раздражение проприорецепторов, действие продуктов обмена веществ, которые образуются во время мышечной деятельности, и поступление в кровь гормонов в результате рефлекторного усиления функций желез внутренней секреции – все это изменяет обмен веществ и приводит к возрастным изменениям роста и развития организма в целом и отдельных его органов.

В первую очередь растут и развиваются те органы, которые несут наибольшую нагрузку при сокращениях скелетных мышц, а также те, мышцы которых больше функционируют. Обусловленное ростом накопление веществ и энергии в структуре организма обеспечивает дальнейшие рост и развитие, увеличивает коэффициент полезного действия, а совершенствование физиологических механизмов регуляции обмена веществ способствует более экономному использованию веществ и энергии, приводит к уменьшению уровня обмена веществ на единицу веса тела. От функций скелетной мускулатуры непосредственно зависит развитие торможения в нервной системе: возникновение торможения совпадает с появлением тонуса скелетной мускулатуры, обеспечивающего статическую неподвижность или передвижение тела в пространстве.

Переломные периоды роста и развития в большой степени зависят от изменений характера тонуса скелетной мускулатуры и ее сокращений. Так, переход от младенческого периода развития к преддошкольному (или ясельному) связан с освоением статической позы, ходьбы и началом овладения речью. Эта деятельность скелетных мышц вызывает изменения строения нервной системы и совершенствование ее функций, строения скелета и скелетной мускулатуры, регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем, увеличение объема и веса сердца, легких и других внутренних органов. Прекращение грудного вскармливания, изменение консистенции и состава пищи и появление молочных зубов приводят к перестройке пищеварительного канала, изменениям его двигательной и секреторной функций и всасывания. Значительно возрастает уровень обмена веществ на 1 кг веса тела из-за участия тонуса и сокращений скелетных мышц не только в передвижении организма, но и в теплопроизводстве в состоянии покоя. К концу преддошкольного периода складываются механизмы бега, продолжают развиваться речевые функции.

В дошкольный период прекращается поддерживание относительного постоянства температуры тела в покое путем напряжения скелетной мускулатуры, с началом дошкольного возраста скелетная мускулатура в покое полностью расслабляется. Двигательные нейроны головного мозга приобретают форму, характерную для взрослого, значительно увеличивается вес головного мозга (он становится в три раза больше, чем у новорожденного). Совершенствование функций головного мозга (особенно механизма торможения) приводит к снижению уровня обмена веществ на 1 кг веса тела, появлению тормозящего влияния нервной системы на сердечную и дыхательную деятельность, увеличению периода бодрствования и уменьшению периода сна.

В период перехода к младшему школьному возрасту происходит быстрое развитие мышц кистей рук, складываются простейшие трудовые и бытовые двигательные навыки, начинают вырабатываться мелкие точные движения рук. Изменения двигательной деятельности связаны с началом обучения в школе, особенно с обучением письму и простейшему труду.

В результате усложнения и увеличения числа движений и большой мобильности к началу младшего школьного возраста в основном заканчивается развитие нейронов головного мозга, совершенствуются его функции. Прежде всего это относится к торможению, обеспечивающему координацию тонких и точных движений. В основном к этому возрасту завершается формирование тормозящего влияния нервной системы на сердце, увеличивается вес сердца и легких, а совершенствование регуляции обмена веществ влечет за собой снижение его уровня на 1 кг веса тела. При смене молочных зубов на постоянные происходит дальнейшая перестройка пищеварительного канала, что связано с потреблением пищи, соответствующей взрослому.

Переход к среднему школьному, или подростковому, возрасту характеризуется началом полового созревания, изменением функций скелетных мышц, усиленным их ростом и развитием, овладением двигательными навыками труда, физических упражнений. Происходит завершение морфологического созревания двигательного аппарата, почти достигшего достаточно совершенного уровня функционирования, свойственного взрослым. При этом практически заканчивается формирование двигательной зоны в головном мозге, частота пульса и дыхания уменьшается, происходит дальнейшее снижение относительного уровня обмена веществ, который тем не менее еще больше, чем у взрослого. Завершается смена молочных зубов на постоянные.

Переход к юношескому возрасту характеризуется усиленным ростом мышц и образованием массивных мышечных волокон, резким увеличением их силы и существенным усложнением и расширением деятельности двигательного аппарата. Вес головного и спинного мозга почти достигает уровня взрослого человека. Начинается процесс окостенения сесамовидных костей.

Есть и еще одно доказательство зависимости роста и развития детей от деятельности скелетной мускулатуры: в тех случаях, когда вследствие заболевания (например, воспаления двигательных нервов) возникает ограничение движений, происходит задержка развития не только скелетной мускулатуры и скелета (например, развитие грудной клетки), но и резкое замедление роста и развития внутренних органов – сердца, легких и др. Дети, перенесшие полиомиелит и поэтому существенно ограниченные в движениях, отличаются от неболевших детей большей частотой сердцебиений и дыхательных движений грудной клетки. У детей, лишенных возможности совершать нормальную динамическую работу, наблюдается торможение работы сердца и дыхания, поэтому частота дыхания и сокращений сердца у них такая же, как у детей более младшего возраста.

Надежность биологических систем. К общим законам индивидуального развития известный советский физиолог и педагог А.А. Маркосян предложил относить и надежность биологических систем, под которой принято понимать «такой уровень регулирования процессов в организме, когда обеспечивается их оптимальное протекание с экстренной мобилизацией резервных возможностей и взаимозаменяемости, гарантирующей приспособление к новым условиям, и с быстрым возвратом к исходному состоянию».

В соответствии с этой концепцией весь путь развития от зачатия до смерти проходит при наличии запаса жизненных возможностей. Этот резерв обеспечивает развитие и оптимальное течение жизненных процессов при изменяющихся условиях внешней среды. Например, в крови одного человека имеется такое количество тромбина (фермента, участвующего в свертывании крови), которого достаточно для свертывания крови у 500 человек. Бедренная кость способна выдержать растяжение в 1500 кг, а большая берцовая кость не ломается под тяжестью груза в 1650 кг, что в 30 раз превышает обычную нагрузку. В качестве одного из возможных факторов надежности нервной системы рассматривается и огромное количество нервных клеток в организме человека.

1.2. Возрастная периодизация

Паспортный возраст, где межвозрастной интервал равен одному году, отличается от биологического (или анатомо-физиологического) возраста, охватывающего ряд лет жизни человека, в течение которых происходят определенные биологические изменения. Какие критерии необходимо положить в основу возрастной периодизации? До настоящего времени по этому вопросу нет единой точки зрения.

Некоторые исследователи в основу периодизации кладут созревание половых желез, скорость роста и дифференцировки тканей и органов. Другие считают точкой отсчета так называемую скелетную зрелость (костный возраст), когда рентгенологически в скелете определяют время появления участков окостенения и наступления неподвижного соединения костей.

В качестве критерия периодизации выдвигался и такой признак, как степень развития центральной нервной системы (в частности, коры головного мозга). Немецкий физиолог и гигиенист Макс Рубнер в теории энергетического правила поверхности как критерий предлагал использовать особенности энергетических процессов, происходящих в различные возрастные периоды.

Иногда в качестве критерия для возрастной периодизации используют способ взаимодействия организма с соответствующими условиями среды. Существует и возрастная периодизация, основанная на выделении периодов новорожденного, ясельного, дошкольного и школьного возраста у детей, которая отражает скорее существующую систему детских учреждений, чем возрастные особенности.

Широко распространена классификация, предложенная русским педиатром, создателем петербургской школы педиатров, изучавшим возрастные анатомо-физиологические особенности детей, Н.П. Гундобиным. В соответствии с ней выделяют:

период внутриутробного развития;

период новорожденного (2–3 недели);

период грудного возраста (до 1 года);

преддошкольный (с 1 года до 3 лет);

дошкольный возраст (с 3 до 7 лет, период молочных зубов);

младший школьный возраст (с 7 до 12 лет);

средний, или подростковый, возраст (с 12 до 15 лет);

старший школьный, или юношеский, возраст (с 14 до 18 лет у девочек, с 15–16 лет до 19–20 лет у мальчиков).

Возрастная и педагогическая психология чаще использует периодизацию, основанную на педагогических критериях, когда периоды дошкольного возраста подразделяются соответственно группам детского сада, а в школьном возрасте выделяют три этапа: младший (I–IV классы), средний (IV–IX классы), старший (X–XI классы).

В современной науке нет единой общепринятой классификации периодов роста и развития и их возрастных границ, но предлагается такая схема:

1) новорожденный (1-10 дней);

2) грудной возраст (10 дней – 1 год);

3) раннее детство (1–3 года);

4) первое детство (4–7 лет);

5) второе детство (8-12 лет для мальчиков, 8-11 лет для девочек);

6) подростковый возраст (13–16 лет для мальчиков, 12–15 лет для девочек);

7) юношеский возраст (17–21 год для юношей, 16–20 лет для девушек);

8) зрелый возраст:

I период (22–35 лет для мужчин, 22–35 лет для женщин);

II период (36–60 лет для мужчин, 36–55 лет для женщин);

9) пожилой возраст (61–74 года для мужчин, 56–74 года для женщин);

10) старческий возраст (75–90 лет);

11) долгожители (90 лет и выше).

Данная периодизация включает в себя комплекс признаков: размеры тела и органов, массу, окостенение скелета, прорезывание зубов, развитие желез внутренней секреции, степень полового созревания, мышечную силу. Схема учитывает особенности мальчиков и девочек. Для каждого возрастного периода характерны специфические особенности. Переход от одного возрастного периода к другому называют переломным этапом индивидуального развития, или критическим периодом. Продолжительность отдельных возрастных периодов в значительной степени изменчива. Хронологические рамки возраста и его характеристики определяются в первую очередь социальными факторами.

1.3. Акселерация роста и развития

Акселерация, или акцелерация (от лат. acceleratio – ускорение), – это ускорение роста и развития детей и подростков по сравнению с предшествующими поколениями. Явление акселерации наблюдается прежде всего в экономически развитых странах.

Термин «акселерация» был введен в научный обиход Е. Кохом. Большинство исследователей под акселерацией понимали ускорение в основном физического развития детей и подростков. Впоследствии это понятие было существенно расширено. Акселерацией стали называть увеличение размеров тела и наступление созревания в более ранние сроки.

Традиционно длина тела, объем груди и масса тела рассматривались как наиболее важные признаки физического развития. Но, учитывая, что морфологические особенности организма тесно связаны с его функциональной деятельностью, ряд авторов в качестве признаков физического развития стали рассматривать жизненную емкость легких, силу отдельных мышечных групп, степень окостенения скелета (в частности, кисти), прорезывание и смену зубов, степень полового созревания. Кроме того, к существенным признакам стали относить и пропорции тела.

В настоящее время понятие акселерации стало столь широким, что, имея в виду акселерацию, говорят как об ускорении физического развития детей и подростков, так и об увеличении размеров тела взрослых, более позднем наступлении климакса. Поэтому нередко пользуются таким понятием, как секулярный тренд (вековая тенденция), понимая под ним тенденцию, которая наблюдается примерно в течение века, к ускорению физического развития всего организма – от внутриутробного периода до взрослого состояния.

Наиболее заметно акселерация проявилась у детей во второй половине ХХ в. Так, масса тела стала удваиваться в более раннем возрасте (в 1965–1973 гг. – в 4–5 месяцев, в 1940–1941 гг. – в 5–6 месяцев). Происходила более ранняя смена молочных зубов на постоянные (в 1984 г. – с 5–6 лет, в 1953 г. – с 6–7 лет). Сдвинулись сроки полового созревания. Так, возраст наступления менструаций в ХХ в. уменьшался каждые 10 лет примерно на четыре месяца и в 1974 г. составил в среднем 12,7 лет. Происходило ускорение развития вторичных половых признаков. У детей и подростков наблюдалась более ранняя морфологическая стабилизация. Весь процесс окостенения заканчивался у мальчиков на два, a y девочек на три года раньше, чем в 1930-е гг.

В связи с акселерацией раньше происходит и завершение роста. В 16–17 лет у девушек и в 18–19 лет у юношей завершается окостенение длинных трубчатых костей и прекращается рост в длину. Московские мальчики возраста 13 лет за последние 80 лет стали выше на 1 см, а девочки – на 14,8 см. Таким образом, в результате ускоренного развития детей и подростков наблюдается достижение ими более высоких показателей физического развития.

Необходимо сказать, что имеются сведения и об удлинении детородного периода: за последние 60 лет он увеличился на восемь лет. У женщин в Центральной Европе за последние 100 лет менопауза сдвинулась с 45 до 48 лет, в нашей стране это время приходится в среднем на 50 лет, а в начале века приходилось на 43,7 года.

Причины акселерации. До настоящего времени не сформировано единой общепринятой точки зрения на происхождение процесса акселерации, хотя выдвинуто немало гипотез и предположений.

Так, большинство ученых считают определяющим фактором во всех сдвигах развития изменения в питании. Они связывают акселерацию с увеличением содержания в пище полноценных белков и натуральных жиров, а также с более регулярным потреблением овощей и фруктов в течение года, усиленной витаминизацией организма матери и ребенка.

Существует гелиогенная теория акселерации. В ней немаловажная роль отводится воздействию на ребенка солнечных лучей: считается, что дети в настоящее время больше подвергаются воздействию солнечной радиации. Однако этот довод кажется недостаточно убедительным, так как процесс акселерации в северных странах идет не меньшими темпами, чем в южных.

Имеется точка зрения о связи акселерации с изменением климата: считается, что влажный и теплый воздух замедляет процесс роста и развития, а прохладный сухой климат способствует потере тепла организмом, что якобы и стимулирует рост. Кроме того, есть данные и о стимулирующем воздействии на организм малых доз ионизирующих излучений.

Некоторые ученые в числе важных причин акселерации называют обусловленное достижениями медицины общее снижение заболеваемости в младенчестве и детстве вкупе с улучшением питания. Очевидно также, что появлению многих новых факторов воздействия на человека способствуют развитие науки и технический прогресс, причем свойства этих факторов и особенности их воздействия на организм еще мало изучены (речь идет о химических веществах, используемых в промышленности, сельском хозяйстве, быту, новых лекарственных средствах и др.). Некоторые исследователи значительную роль в акселерации отводят новым формам и методам воспитания и образования, спорту, физкультуре.

Связывают акселерацию и с негативным воздействием темпов современной городской жизни. Это и обильное искусственное освещение (включая рекламу); стимулирующее воздействие электромагнитных колебаний, возникающих при работе теле– и радиостанций; городской шум, движение транспорта; влияние радио, кино и телевидения на раннее интеллектуальное, особенно сексуальное, развитие.

Технический прогресс в экономически развитых странах привел к концентрации населения в больших городах. Развитие транспорта и связи сократило расстояния, ранее казавшиеся очень значительными. Усилилась миграция населения. Расширилась география брака, рушится генетическая изоляция. Это создает благоприятную почву для изменения наследственности. Молодое поколение становится выше ростом и созревает раньше своих родителей.

Акселерация является предметом изучения не только биологии и медицины, но и педагогики, психологии и социологии. Так, специалисты отмечают некоторый разрыв между биологической и социальной зрелостью молодых людей, при этом первая наступает раньше. В связи с этим встает ряд вопросов перед медицинской теорией и практикой. Например, появилась необходимость в определении новых норм трудовой и физической нагрузки, питания, нормативов детской одежды, обуви, мебели и др.

1.4. Возрастные анатомо-физиологические особенности

Для каждого возрастного периода характерны количественно определенные морфологические и физиологические показатели. Измерение морфологических и физиологических показателей, характеризующих возрастные, индивидуальные и групповые особенности людей, называется антропометрией. Рост, вес, окружность грудной клетки, ширина плеч, жизненная емкость легких и сила мышц – все это основные антропометрические показатели физического развития.

Рост, развитие и их изменения в отдельные возрастные периоды. Рост и развитие детей идут постоянно, однако темпы роста и развития отличаются друг от друга. В одни возрастные периоды преобладает рост, в другие – развитие. Неравномерность темпов роста и развития, их волнообразность также определяют деление на возрастные периоды.

Так, до 1 года жизни у ребенка преобладает рост, а с 1 года до 3 лет – развитие. С 3 до 7 лет снова ускоряется темп роста, особенно в 6–7 лет, и замедляется темп развития; с 7 до 10–11 лет замедляется рост и ускоряется развитие. В период полового созревания (с 11–12 до 15 лет) рост и развитие резко ускоряются. Возрастные периоды ускорения роста называются периодами вытягивания (до 1 года, с 3 до 7, с 11–12 до 15 лет), а некоторого замедления роста – периодами округления (с 1 до 3, с 7 до 10–11 лет).

Отдельные части тела растут и развиваются непропорционально, т. е. их относительные размеры изменяются. Например, размер головы с возрастом относительно уменьшается, а абсолютная и относительная длина рук и ног увеличивается. То же можно сказать и о внутренних органах.

Кроме того, в росте и развитии детей имеются также половые различия. Примерно до 10 лет мальчики и девочки растут почти одинаково. С 11–12 лет девочки растут быстрее. В период полового созревания у мальчиков (с 13–14 лет) темп роста увеличивается. В 14–15 лет рост мальчиков и девочек почти сравнивается, а с 15 лет мальчики вновь растут быстрее, и это преобладание роста у мужчин сохраняется на протяжении всей жизни. Потом темп роста замедляется и в основном заканчивается к 16–17 годам у девушек, к 18–19 – у юношей, однако замедленный рост продолжается до 22–25 лет.

Длина головы юношей составляет 12,5-13,5 %, туловища – 29,5-30,5 %, ноги – 53–54 %, руки – 45 % от общей длины тела. По темпу роста на первом месте стоит плечо, на втором – предплечье, медленнее растет кисть. Наибольшее увеличение длины туловища происходит примерно через год после наибольшего увеличения длины ног. В итоге длина тела взрослого человека больше по сравнению с длиной тела новорожденного приблизительно в 3,5 раза, высота головы – в два раза, длина туловища – в три раза, длина руки – в четыре раза, длина ноги – в пять раз.

Из-за расхождения темпов роста и развития нет строго пропорциональной зависимости между ростом и весом, но, как правило, в одинаковом возрасте чем больше рост, тем больше и вес. Темп увеличения веса самый большой на первом году жизни. К концу первого года вес увеличивается в три раза. Потом прибавление веса составляет в среднем 2 кг в год.

Как и рост, вес мальчиков и девочек до 10 лет примерно одинаков при небольшом его отставании у девочек. С 11–12 лет вес девочек больше связан с развитием и формированием женского организма. Это преобладание веса сохраняется у них примерно до 15 лет, а потом в связи с преобладанием роста и развития скелета и мышц вес мальчиков возрастает, и это превышение веса сохраняется в дальнейшем.

Значительными также являются возрастные различия в увеличении абсолютного и относительного веса отдельных органов. Например, окружность грудной клетки с 7 лет больше у мальчиков, а с 12 лет – у девочек. К 13 годам она почти одинакова у обоих полов (у девочек немного больше), а с 14 лет окружность грудной клетки больше у мальчиков. Эта разница в дальнейшем сохраняется и увеличивается. Ширина плеч у мальчиков с 6–7 лет начинает превышать ширину таза. Вообще говоря, ширина плеч у детей увеличивается ежегодно, особенно между 4–7 годами. Этот ежегодный прирост у мальчиков больше, чем у девочек

1.5. Гигиена учебно-воспитательного процесса в школе

Школьное обучение представляет собой результат совместной деятельности учителя и ученика. В связи с этим необходимо различать гигиенические требования, предъявляемые и к педагогу, и к ученику. Это помогает, с одной стороны, выработать систему индивидуальных действий ученика, которая включает в себя планирование всех этапов учебной деятельности, подготовку и содержание в порядке рабочего места, выполнение заданий в соответствии с принципом от легкого к трудному, от простого к сложному и др. С другой стороны, рациональное распределение рабочей нагрузки учителя в течение дня, устранение перерывов между уроками, учет трудности учебного предмета при составлении расписания, предоставление максимальной возможности для расширения знаний входят в понятие научной организации труда учителя. К гигиене педагогического труда также относятся нормирование деятельности каждого учителя (при этом учитывается нарастание утомления на протяжении рабочего дня), возможность ежедневного отдыха, отдыха в выходные дни, смена деятельности во время каникул, полноценный отдых летом.

Научно-гигиенические основы труда детей. Умственная работа является продуктом деятельности клеток коры головного мозга, которая у детей обычно сопровождается двигательной активностью – работой мышц. Мышечная работа, в свою очередь, связана с деятельностью центральной и периферической нервной системы. Таким образом, труд ученика представляет собой продукт обязательного сочетания умственного и физического труда.

Научно-гигиеническая организация труда школьника включает в себя организацию учебного и воспитательного процесса, а также отдыха с учетом физиологических возможностей ребенка. Сюда входит создание оптимальных условий, которые способствуют сохранению работоспособности ребенка, его нормальному росту и развитию, укреплению его здоровья. Следовательно, все стороны учебы и воспитания детей (соблюдение режима дня, возрастное нормирование нагрузки на нервную систему и мышечный аппарат, правильная организация быта, полноценный отдых) должны быть тесно взаимосвязаны. Недостаточное удовлетворение физиологических потребностей ребенка ведет к угнетению нормальных жизненных функций, снижению устойчивости к неблагоприятным факторам, повышению восприимчивости к инфекционным болезням, нарушению взаимосвязи между системами организма, отрицательно сказывается на высшей нервной деятельности.

В гигиене значительное внимание уделяется соблюдению физиологических норм, влияющих на способности ребенка. Основными ограничительными факторами являются утомление и переутомление.

Утомление и переутомление. Результатом любой достаточно длительной работы является утомление организма в связи с тем, что в процессе деятельности запасы энергии, накопленные в клетках и необходимые для работы, постепенно истощаются. Постепенное нарастание умственного утомления выражается в снижении работоспособности: уменьшается количество и ухудшается качество сделанного, снижается интерес к работе, нарушается координация отдельных операций, рассеивается внимание, ослабляется память, появляется неуверенность. Временное снижение работоспособности клеток мозговой ткани и всего организма в целом называется утомлением. Это естественное физиологическое явление.

Физиологическую природу и нервные механизмы умственного утомления объясняет классическая рефлекторная теория Сеченова – Павлова, в соответствии с которой источник ощущения усталости находится «исключительно в центральной нервной системе», а не в мышцах, как считалось ранее. Утомление корковых клеток И.П. Павлов рассматривал как их «функциональное разрушение», а наступающее в них торможение – как процесс, предотвращающий дальнейшее разрушение и дающий возможность клеткам восстановить свое нормальное состояние.

Таким образом, утомление – это естественное временное физиологическое состояние организма. Избежать его нельзя, но умелое использование методики работы и своевременная разгрузка организма позволяют на некоторое время отсрочить утомление.

Признаки утомления у детей обычно появляются к концу четвертого-пятого урока: возникают вялость, рассеянность, сонливость, внимание плохо концентрируется, возможны нарушения дисциплины. Если возникшее утомление не сменяется отдыхом, то наступает переутомление, которое очень вредно для организма, поскольку связано с превышением функциональных возможностей корковых клеток и является запредельным. Переутомление школьников связано с чрезмерной нагрузкой, сочетающей учебную работу и занятия в кружках, музыкальной, спортивной школах, нарушение режима дня и правил личной гигиены.

Обычно переутомление проявляется сразу после перегрузки, но может возникнуть и через некоторое время. Например, если в период летних каникул отдых ребенка организован неправильно, то в начале учебного года это может и не сказаться на успеваемости, однако работоспособность такого ученика снизится значительно раньше, чем у нормально отдохнувшего ребенка.

Чтобы устранить острое (быстрое и однократное) утомление, как правило, достаточно хорошо выспаться ночью. Систематическое утомление и переутомление одним нормальным сном не устраняется. Для этого необходимы отдых в течение не менее двух недель, высококалорийное питание с обилием витаминов, водные процедуры, соответствующая организация сна. Употребление тонизирующих средств и напитков при этом нежелательно.

Чтобы предупредить утомление, необходимо правильно и рационально организовать труд школьника. Это обеспечивается усилиями учителя, так как сами дети к этому еще недостаточно способны в связи с возрастными особенностями.

Понятие о «школьной зрелости» ребенка. В нашей стране обязательное школьное обучение детей введено с 6–7 лет. Как правило, к этому времени организм ребенка морфологически и функционально подготовлен для обучения. Тем не менее поступление ребенка в школу – это поворотный момент в его жизни, ломающий стереотип, выработанный в дошкольных учреждениях и семье.

Самыми трудными для большинства учащихся обычно бывают первые 2–3 месяца учебы. Возможно даже возникновение такого состояния, которое определяется врачами как адаптационная болезнь (еще ее называют «школьным стрессом» или «школьным шоком»). В задачу педагога входит облегчение периода адаптации ребенка к новым условиям, т. е. уменьшение нервно-психологической травматичности переходного периода от дошкольной жизни к школьной.

Понятие школьной зрелости, т. е. функциональной готовности ребенка к учебе, относят к числу важных проблем возрастной физиологии, педагогики, психологии и школьной гигиены. С ним связана характеристика уровня физического, психического и социального развития, при котором ребенок становится восприимчивым к систематическому обучению и воспитанию в школе. Педагоги, врачи, психологи должны учитывать степень школьной зрелости, так как дети, не достигшие этого уровня, становятся неуспевающими учениками.

Чтобы определить степень школьной зрелости, используют тест, предложенный в 1955 г. немецким психологом А. Керном и усовершенствованный И. Ирасеком в 1966 г. Тест Керна – Ирасека состоит из следующих заданий: ребенку предлагают нарисовать человека и точки, расположенные в определенном порядке, по памяти после их демонстрации и срисовывать фразу, написанную прописью. Работа оценивается по пятибалльной системе – от 1 (наилучшая оценка) до 5 (наихудшая оценка). Сумма баллов за отдельные задания является общим показателем. Дети, получившие за выполнение трех заданий теста от 3 до 5 баллов, считаются готовыми к систематическому обучению. Получение 6–8 баллов указывает на необходимость дополнительной подготовки детей к школе (это так называемые среднезрелые дети). Оценка в 9 и более баллов говорит о неготовности к школьному обучению.

Индивидуальный подход к детям. Появится ли интерес учеников к уроку, зависит от мастерства учителя, от его умения преподносить материал с учетом возрастных особенностей учеников, а также от физического состояния детей, типа их высшей нервной деятельности и функциональных возможностей.

Чаще всего состав учеников в классе неоднороден: встречаются дети с ослабленным здоровьем и более низким уровнем подготовки, нуждающиеся в индивидуальном режиме и подборе особого материала для домашних заданий, консультациях, дополнительных занятиях.

Для детей, страдающих хроническими болезнями (ревматизмом, туберкулезной интоксикацией), предусмотрен свободный от посещения школы один день в неделю, когда они работают дома по заданию учителей. Решение о предоставлении ребенку свободного от посещения школы дня выносит педсовет на основании медицинских документов. Прежде всего на такую льготу претендуют дети, которые живут на расстоянии 500 м и далее от школы.

1.6. Гигиенические основы режима дня учащихся

Режим дня – это динамическая система распределения нагрузки и отдыха, которая обеспечивает сохранение сил и энергии для нормальной жизнедеятельности организма. Режим дня ребенка основан на всестороннем учете особенностей его роста, развития, условий жизни и предназначен для установления физиологического равновесия организма со средой, в которой осуществляется обучение и воспитание. Таким образом, режим является основой оздоровительного и профилактического воздействия на организм всех факторов учебно-воспитательной работы.

Обоснование режима дня учащихся. Режим должен учитывать возрастные особенности ребенка, включать нормальную для него продолжительность сна, его пребывание в общеобразовательной и специальной (музыкальной, художественной, спортивной) школах. Любой элемент режима дня школьника должен осуществляться в благоприятных условиях (например, готовиться к урокам надо в уютном и гигиенически правильно оборудованном месте, спать в хорошо проветренном помещении и т. д.).

Чтобы помочь ребенку и его родителям составить научно обоснованный режим дня учащегося, классный руководитель на родительском собрании информирует о примерном распорядке дня, поясняя назначение каждого элемента режима для успеваемости и сохранения здоровья школьника. Вот некоторые из таких рекомендаций.

Вставать после ночного сна ребенок должен в 7–7.30 ч утра. Это приемлемо для учеников первой и второй смены. Затем ребенок делает утреннюю зарядку, совершает туалет, завтракает и отправляется в школу, куда он должен прийти за 10–15 мин до начала занятий, чтобы подготовиться к уроку.

Возвращаться домой ребенок должен примерно в одно и то же время, это воспитывает пунктуальность и экономит время. Домой ученик должен идти не торопясь, чтобы не тратить лишнюю энергию и иметь возможность побыть на свежем воздухе.

Дома ученик переодевается, моет руки и обедает. После этого младшие школьники (особенно первоклассники и дети, перенесшие болезни) должны спать 1–1,5 ч, что необходимо для восстановления сил и укрепления нервной системы.

Здоровые ученики начиная со второго класса после обеда могут отдыхать на свежем воздухе, например кататься на лыжах, коньках, санках, играть в подвижные игры и др. После этого ребенок приступает к выполнению домашних заданий (прежде всего средней и повышенной трудности).

За 1,5–2 ч до сна дети ужинают.

Расписание уроков. Чередование учебных дисциплин в расписании уроков обеспечивает переключение деятельности коры мозга и поэтому предупреждает утомление детей и соответствует педагогическим требованиям.

В I–III классах проводятся четыре урока. В IV классе допускается (не чаще двух раз в неделю) увеличение количества уроков до пяти. В V–IX классах бывает по пять уроков ежедневно, в X–XI – по шесть уроков.

Работоспособность школьников в течение учебного дня различна. Первоначально она нарастает и достигает максимума (на втором уроке в младших классах и на третьем – в старших), а потом начинает снижаться в связи с возникновением и нарастанием утомления. Последний (пятый-шестой) урок для многих детей является самым трудным. Учитель должен организовать его так, чтобы дольше сохранить работоспособность учеников.

Различается работоспособность учеников и в течение недели: в первые дни она выше, к концу недели – снижается. Таким образом, при составлении расписания необходимо чередовать предметы, чтобы степень умственного напряжения соответствовала работоспособности организма. Самая большая учебная нагрузка должна приходиться на середину недели, самая маленькая – на понедельник и субботу. Чтобы дети полноценно отдохнули, ученикам I–IV классов на выходные дни рекомендуется вовсе не давать заданий и существенно сокращать их ученикам среднего школьного возраста. То же касается и каникул.

Продолжительность учебного года. Учебный год в общеобразовательной школе начинается 1 сентября. Он состоит из четырех учебных четвертей, которые разделяются каникулами разной продолжительности.

Анализируя утомляемость детей в течение четверти и года в целом, ученые заметили, что снижение работоспособности особенно заметно к концу этих периодов. Однако правильно организованный отдых способствует ее восстановлению.

Рекомендуется в первый день после каникул уроки начинать с повторения пройденного материала. Таким образом создается своеобразный мостик от известного, но забытого, к неизвестному, которое предстоит познать и выучить. Этот принцип имеет физиолого-гигиеническую основу – проторение условных связей и профилактику утомления.

Физиолого-гигиеническое обоснование продолжительности урока и перемен. Учебно-воспитательный процесс в школе различается в возрастном плане. Урок в общеобразовательной школе длится 45 мин, однако в результате изучения работоспособности ученые пришли к выводу, что для учеников I класса эта нагрузка заметно превышает норму и урок для них нужно сократить до 35 мин. Исследование продолжительности активного внимания это подтверждает. Например, у семилетних детей период активного внимания составляет 10–12 мин, у десятилетних – 16–20 мин, у одиннадцати-двенадцатилетних – до 25 мин, у более старших школьников – до 30 мин. Отсюда следует, что продолжительность объяснения нового материала в каждой возрастной группе не должна превышать длительности периода активного внимания.

В ходе исследования динамики продуктивности работы учащихся было выяснено, что на уроках (особенно в начальных классах) нельзя в работе с детьми использовать лишь один вид деятельности, ее надо обязательно разнообразить, переключать детей с одного вида работы на другой. Это обусловлено тем, что при смене вида деятельности изменяется характер раздражений, в результате чего возбуждаются различные анализаторы и, следовательно, разные участки коры головного мозга, давая возможность торможения ранее функционирующим клеткам и тем самым продлевая работоспособность школьников.

Кроме того, особое место в смене деятельности занимают физкультурные паузы, проводимые учителем. Они также способствуют снятию утомления. В младших классах физкультурные паузы проводят со второго урока, а в старших – с третьего. Сигналом для их проведения является начало снижения работоспособности: в младших классах это происходит через 25–30 мин от начала урока, а в старших – через 30–35 мин. Для учеников I класса в первую четверть физкультурные паузы рекомендуется проводить два раза за урок – через 15–20 и 30–35 мин. Продолжительность пауз определяет учитель, ведущий урок.

Необходимо заметить, что у учеников I–II классов первая сигнальная система преобладает над второй. В связи с этим при организации урока надо, рассчитывая на чувственное восприятие предмета, использовать наглядные пособия, вовлекать в сферу деятельности зрительный, слуховой и двигательный анализаторы, а если возможно, то и осязание.

Важную роль в организации урока играет соблюдение гигиенических норм и правил рассаживания учеников за партами (столами), создание воздушно-теплового режима и др.

Перемены между уроками предназначены для отдыха учеников и учителей, а также для того, чтобы учащиеся могли перейти в кабинеты, лаборатории и классы, в которых будут проводиться следующие уроки. Правильное в физиолого-гигиеническом плане проведение перемен является обязательным условием полноценного труда на очередном уроке.

Перемены длятся 10 мин, а после второго урока – 30 мин. В некоторых случаях вместо одной тридцатиминутной перемены допускаются две двадцатиминутные (после второго и третьего уроков). Другие сокращения недопустимы, потому что повышают нагрузку на учащихся и предрасполагают к развитию переутомления и, следовательно, неврозов.

Во время перемены дети отдыхают от умственной деятельности. Не следует использовать перемены для подготовки к очередному уроку. Ученики выходят в проветренное рекреационное помещение или на открытую спортплощадку (в зависимости от погоды). На большой перемене предлагаются горячие завтраки.

Тема 2. ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ ДЕТСКОГО ОРГАНИЗМА

2.1. Наследственность и ее роль в процессах роста и развития

Наследственностью называется передача родительских признаков детям. Некоторые наследственные качества (форма носа, цвет волос, глаз, очертания лица, музыкальный слух, певческий голос и др.) не требуют для своей фиксации использования каких-либо приборов, другие, связанные с цитоплазмой и ядерной ДНК (обменом веществ, группой крови, полноценностью набора хромосом и др.), предполагают проведение достаточно сложных исследований.

Рост и развитие ребенка зависят от полученных наследственных задатков, однако велика роль и окружающей среды. Принято различать благоприятную и неблагоприятную (или отягощенную) наследственность. Задатки, обеспечивающие гармоничное развитие способностей и личности ребенка, относятся к благоприятной наследственности. Если для развития этих задатков не будут созданы соответствующие условия, то они угасают, не достигая уровня развития одаренности родителей. Например, не развивается певческий голос, музыкальный слух, способности к рисованию и т. д.

Отягощенная наследственность не всегда может обеспечить нормальное развитие ребенка даже в хорошей среде воспитания. Обычно она является причиной аномалий (отклонений от нормы) и даже уродств, а в ряде случаев и причиной длительной болезни и смерти. Помимо этого, причиной аномалий у детей может быть алкоголизм родителей и вредность их профессии (например, работа, связанная с радиоактивными веществами, ядохимикатами, вибрацией).

Однако наследственность, особенно неблагоприятную, не следует считать чем-то неизбежным. В некоторых случаях она поддается коррекции и управлению. Например, разработаны способы лечения гемофилии – введение специфического белка крови.

Рождения детей с неблагоприятной наследственностью можно избежать, проконсультировавшись у врачей-генетиков. В частности, такие консультации способствуют предупреждению близкородственных браков, являющихся причиной рождения аномальных детей.

Своевременное выявление у детей унаследованных признаков позволяет направить одних детей в спецшколы для одаренных, других – во вспомогательные школы. Дети с умственными и физическими аномалиями (умственно отсталые, глухие, слепые) во вспомогательных школах приобщаются к общественно полезному труду, овладевают грамотой и повышают свое интеллектуальное развитие. Огромная заслуга в исправлении неблагоприятной наследственности у детей принадлежит олигофрено-, сурдо– и тифлопедагогике.

Квалифицированные педагоги в спецшколах совершенствуют математические, музыкальные и другие задатки детей, что связано с огромным трудом по их развитию. Педагог должен знать, что родители часто видят у своего ребенка необыкновенные способности, хотя на самом деле он может иметь весьма скромные задатки. Поэтому очень важно вовремя подсказать родителям, как развивать в ребенке ту склонность, которая выявляется у него и которую он, может быть, унаследовал от дедов, а не от родителей. Такое проявление способностей связано с особенностью наследственности: ее длительной устойчивостью, когда признаки передаются на протяжении многих поколений и не всегда проявляются в первых поколениях (это так называемая рецессивная наследственность).

Взаимоотношения организма со средой. Основоположник русской физиологии И.М. Сеченов писал, что «организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него». Следовательно, вне природы и социальной среды, по сути дела, нет и человека.

И.П. Павлов, развивая это положение, пришел к выводу, что о человеке необходимо говорить как о целостном организме, который тесно взаимосвязан с внешней средой и существует только до тех пор, пока сохраняется уравновешенное состояние его и окружающей среды. В связи с этим все рефлексы рассматривались Павловым как реакции постоянного приспособления к внешнему миру (например, приспособление человека к разным климатическим условиям или разной среде обитания).

Таким образом, развитие человека нельзя адекватно оценить без учета той среды, в которой он живет, воспитывается, работает, без учета тех, с кем он общается, а функции его организма – без учета гигиенических требований, предъявляемых к рабочему месту, домашней обстановке, без учета взаимоотношений человека с растениями, животными и др.

2.2. Человек и растения

Мир флоры – огромная кладовая, дающая человеку необходимые питательные вещества, которые синтезируются растениями. Из растительного сырья человек изготавливает лекарства, одежду, строит жилища и т. д. Благодаря специфике жизнедеятельности растения очищают воздух от углекислого газа и восполняют убыль кислорода в атмосфере.

Но растительный мир нельзя полностью оценить, не изучив таких его представителей, как бактерии, грибки, дрожжи, играющие особую роль в процессах жизнедеятельности всех организмов. В отличие от зеленых растений они лишены хлорофилла, необходимого для синтеза углеводов, но обладают способностью вызывать бродильные процессы (это связано с получением спиртов, скисанием молока и т. д.). Среди них есть как полезные и нужные человеку микроорганизмы, так и вредные, к которым относят и возбудителей болезней.

Микроскопические представители растительного мира разнообразны по форме и биологическим свойствам. Например, некоторые из них имеют шаровидную форму, поэтому их называют кокками (от греч. kokkos – зерно). Под микроскопом их можно увидеть лежащими либо группами, как гроздья винограда (стафилококки), либо цепочками, как бусы (стрептококки), либо парами (гонококки). Первые из них менее опасны, чем последние, но все они болезнетворны.

Ряд представителей микроорганизмов имеет вид палочек. Они называются бациллами, или бактериями (от греч. bakterion – палочка). Некоторые палочковидные микробы в ходе эволюции превратились в штопороподобные – спириллы, или спирохеты (например, возбудитель сифилиса). Другие палочковидные бактерии со временем под воздействием определенных факторов изогнулись в виде запятой. В живой культуре они совершают колебательные движения. Это вибрионы (например, вибрион Эль-Тор – возбудитель холеры).

Относительно человека микроорганизмы делятся на сапрофитов (это микробы, не причиняющие организму вреда, питающиеся отмершими клетками эпителия или остатками непереваренной пищи в кишечнике) и паразитов – микробов, разрушающих организм. Болезнетворные микроорганизмы могут проникать в тело человека или животного. Этот процесс называют заражением, или инфицированием. Микробы-паразиты, попадая в организм, могут поражать его медленно (как стафилококки) или резко и внезапно (остро), поэтому болезни, вызываемые ими, называют острыми (например, дифтерия, дизентерия и др.).

Человек борется с микробами, применяет дезинфекцию, уничтожая возбудителей во внешней среде физическими методами (высокой температурой, паром под давлением, ультрафиолетовыми лучами и др.), механическими, химическими (растворами кислот, солей, щелочей и др.) и биологическими средствами (антибиотиками и т. д.). Эти меры предупреждают заражение организма, повышают его устойчивость. Таким образом, во взаимодействии с микромиром человек должен соблюдать нормы и правила, разработанные гигиеной (школьной, коммунальной, гигиеной питания и т. д.).

2.3. Человек и животные

Жизнь человека невозможна без взаимоотношений с высшими и низшими животными. Большинство высших животных являются источником мяса, молока, сырья для изготовления одежды и обуви и т. д. Но они могут причинить человеку и существенный вред. Например, больное животное становится переносчиком возбудителей инфекции.

Болезни, которыми человек заражается от животных, называются зоонозными. Чтобы уничтожить их возбудителей, проводят дезинфекцию и дезинсекцию (уничтожение насекомых, грызунов и др.). Домашние животные, зараженные такими опасными болезнями, как сап, чума, бешенство, подлежат уничтожению.

Микроскопическими животными являются риккетсии, которые видны только в электронный микроскоп. Риккетсии – возбудители ряда заболеваний, которые называются риккетсиозами. Из них для человека наиболее опасен сыпной тиф.

Из простейших одноклеточных животных, паразитирующих у человека, можно назвать дизентерийную амебу и плазмодия – возбудителя малярии. Переносчиками первой являются мухи и больной человек, плазмодиев распространяют малярийные комары.

Некоторые болезни вызываются различными видами глистов. Их называют гельминтами, а болезни – гельминтозами.

Для борьбы с антропонозными (поражающими только людей) болезнями, возбудители которых относятся к миру животных и растений, используются сыворотки и вакцины.

Сыворотка – это продукт крови человека или животного, который лишен форменных элементов и некоторых белков, но содержит специфические вещества против той или иной болезни.

Специально приготовленная культура из убитых или ослабленных возбудителей болезни (например, против полиомиелита, туберкулеза и др.) называется вакциной.

2.4. Влияние вирусов на организм человека

Большую группу паразитов человека, животных и растений образуют вирусы. Они могут вызывать ряд тяжелых заболеваний, таких как натуральная и ветряная оспа, полиомиелит и др. Вирусы изучаются специальной наукой – вирусологией.

Вирусы являются своеобразными живыми существами, внутриклеточными паразитами растений, животных, человека и микроорганизмов. У них нет клеточной структуры и автономного обмена веществ. Единица (или индивидуум) зрелого вируса называется вибрионом, генетическим материалом его служит одна молекула нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), защищенная белковым футляром. Размножаются вирусы только в клетках организма хозяина, т. е. там, где паразитируют.

В медицине для профилактики вирусных заболеваний применяют стерилизацию (обработку высокой температурой, химическими растворами), облучение ультрафиолетовыми лучами естественного и искусственного происхождения, рентгеновскими лучами.

Источники возбудителей. Пути передачи болезни. Больные люди или животные могут быть источником распространения многих болезней. Возбудители распространяются с выдыхаемым воздухом, мокротой, каловыми и рвотными массами, выделениями гнойных ран, язв и выпадающими волосами. Те возбудители болезни, которые выделяются источником во внешнюю среду, сохраняются живыми или погибают. Проникнув в организм, они начинают размножаться и паразитировать, причиняя вред.

В цепочке передвижения возбудителей от больного организма к здоровому существенную роль играют сроки пребывания во внешней среде, а также степень устойчивости их к различным ее факторам. Находясь вне организма, возбудители погибают через несколько суток или часов, поддаются воздействию дезинфицирующих средств, но некоторые из них (например, возбудители сибирской язвы и др.) могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет.

Выделяются следующие пути передачи возбудителей от больного организма к здоровому.

1. Возможен контактный путь передачи в результате соприкосновения с больным. Контакт бывает прямым (укус, поцелуй и т. д.) и непрямым, включающим соприкосновение с предметами, употреблявшимися больным (например, посуда, пища и др.). Таким способом передаются дифтерия, оспа натуральная, болезнь Боткина, другие заболевания.

Возможны случаи, когда возбудители болезни передаются через лиц, ухаживающих за больными и не соблюдающих санитарно-гигиенических требований. Этот вид передачи возбудителей называется передачей третьему лицу.

Чтобы избежать заражения, не следует входить в комнату заразного больного, целоваться с ним и поддерживать другие виды контакта (например, пользоваться его вещами и т. д.).

2. Воздушно-капельный путь – это передача микробов по воздуху и с капельками слюны при кашле и чихании. Таким путем передаются грипп, дифтерия, корь и другие инфекции. Постоянное проветривание помещений (классов, квартир), систематическая уборка с использованием дезинфицирующих средств, облучение ультрафиолетовыми лучами способствуют предупреждению заражения.

3. Наиболее опасным является водно-пищевой путь распространения инфекционных заболеваний, когда возбудители попадают в организм с зараженной водой или пищей. Этот путь заражения самый массовый, по нему передаются возбудители желудочно-кишечных заболеваний (дизентерии, инфекционной желтухи и др.).

Чтобы предупредить желудочно-кишечные заболевания, помимо правил личной гигиены, надо перед употреблением тщательно мыть овощи, фрукты и ягоды горячей кипяченой водой. Особенно внимательно нужно относиться к качеству питьевой воды и приготовленной пищи.

4. Трансмиссивный путь предполагает передачу возбудителей болезни с помощью насекомых. При этом часть насекомых переносит возбудителей на своем теле и конечностях (например, мухи), другие выделяют возбудителей со слюной при укусе (например, вши). Некоторые животные переносят паразитов (например, мыши и крысы – блох, зараженных чумой). Способами борьбы с распространением инфекции являются дератизация, дезинсекция и дезинфекция, а также лечение больных животных и людей (в том числе бациллоносителей); медицинский контроль за мясомолочными продуктами и фермами, местами продажи готовой пищи и пищевых продуктов.

2.5. Гигиена одежды и обуви

Гигиенические требования, предъявляемые к одежде, зависят от условий ее эксплуатации и особенностей деятельности человека. Для изготовления одежды запрещено использование материалов, которые выделяют химические вещества в количествах, превышающих предельно допустимые нормы. Полимерные материалы для одежды должны иметь химическую стабильность, т. е. не выделять в окружающую среду различные токсичные для организма ингредиенты. Материалы для одежды могут содержать незаполимеризованные мономеры, а также компоненты различных вспомогательных веществ, используемых для обработки натуральных и синтетических тканей (пропитки, аппреты и др.).

Методы исследования. При гигиенической оценке одежды исследуют материалы, из которых она изготовлена, и проводят физиолого-гигиеническое исследование экспериментальных и опытных образцов.

Чтобы определить содержание токсических веществ, используют новейшие методы количественного анализа, в том числе хроматографические, спектрофотометрические и др. Если отсутствуют сведения о токсических свойствах и характере их воздействия на организм, проводят токсикологическое исследование на экспериментальных животных (мышах, крысах, морских свинках). Используя современные биохимические, физиологические, иммунологические, патоморфологические и другие методы исследования, изучают местно-раздражающее, аллергенное, резорбтивное действие. Оценивая материалы, предназначенные для детской одежды, проводят токсикологические эксперименты на растущих животных, учитывая их возрастную реактивность.

Давая оценку материалу для изготовления одежды с гигиенической точки зрения, анализируют тепло– и влагопроводимость, гигроскопичность, воздухопроницаемость. Кроме того, определяют механические свойства материалов, т. е. толщину под нагрузкой, эластичность, растяжимость. В связи с широким применением полимеров возникла необходимость гигиенической оценки текстильных материалов на уровень напряженности электростатического поля и срок стекания заряда с него.

Гигиенические требования к отдельным видам одежды. Для каждого слоя одежды разрабатываются отдельные гигиенические требования. Так, летняя одежда не должна затруднять теплоотдачу и испарение пота. Поэтому для ее изготовления рекомендуются материалы с хорошей гигроскопичностью (не менее 7 %), воздухопроницаемостью (не менее 330–370 град. на 1 куб. дм), невысокими термическим сопротивлением (0,09-0,11 град. на 1 ккал) и напряженностью электростатического поля.

Установлено, что чем светлее одежда, тем больше лучей она отражает, тем меньше она поглощает их и меньше нагревается. Поэтому для лета хороша светлая одежда, а для зимы – темная, поглощающая больше тепла. Самыми лучшими материалами для летней одежды являются хлопчатобумажные, натуральные льняные и искусственные (вискозные, шелковые) ткани, обладающие хорошей воздухопроницаемостью и влагопроводностью и имеющие небольшое термическое сопротивление.

Еще одним важным показателем свойств одежды является ее водоемкость, т. е. способность ткани пропитываться водой: чем больше воздух, имеющийся в порах ткани одежды, заменяется водой, тем меньше ее воздухопроницаемость и тем больше ее теплопроводность. В итоге под одеждой накапливается пот и выделяемые кожей газы (углекислый газ, окись углерода и др.), значительно увеличиваются потери тепла, что ухудшает самочувствие и снижает работоспособность. Помимо этого, пропитывание одежды водой увеличивает ее вес.

Наименьшей водоемкостью и наибольшей воздухопроницаемостью при намокании обладает шерстяная ткань. Например, водоемкость шерстяной фланели составляет 13 %, хлопчатобумажной фланели – 18,6 %, трико хлопчатобумажного – 27,2 %, трико шелкового – 39,8 %, трико льняного – 51,7 %. Исходя из этого при низкой температуре воздуха и во время выпадения дождя или снега физическую работу лучше всего выполнять в одежде из шерстяной ткани, а летом – в одежде из льна. Допустимо использование материалов из смеси натуральных, вискозных искусственных волокон с синтетическими полиэфирными, при этом доля последних должна составлять не более 30–40 %.

Материалы для зимней одежды должны обладать высокими теплоизоляционными свойствами, а ее верхний слой должен иметь небольшую воздухопроницаемость, чтобы обеспечить защиту от ветра. В холодное время года рациональной является одежда из плотных, пористых тканей с хорошими теплозащитными свойствами (шерстяных, полушерстяных и др.). Целесообразно носить одежду из смеси вискозы с натуральными (шерстью) и синтетическими волокнами, содержание которых должно составлять примерно 40–45 %.

Верхнюю одежду (костюмы, пальто) шьют из материалов значительной толщины и пористости (драпа, сукна). Необходимую защиту от ветра обеспечивают прокладки из материалов с низкой воздухопроницаемостью. Кроме того, для верхнего слоя применяются синтетические материалы, что уменьшает массу одежды на 30–40 %. Одежда тем гигиеничнее, чем меньше ее вес.

Для верхнего слоя лучшими тканями считаются те, которые плохо впитывают влагу и быстро ее отдают, т. е. ткани, у которых скорость испарения влаги больше, а время высыхания меньше. Из синтетических материалов наибольшей скоростью испарения с поверхности обладают лавсан, нитрон и капрон. Для того чтобы придать водоотталкивающие свойства, многие из этих тканей обрабатываются специальными пропитками и латексами.

Главная роль в теплоотдаче принадлежит теплопроводности одежды, которая зависит от пористости, т. е. от содержания воздуха в ткани. Так как воздух является плохим проводником тепла, то чем больше пористость ткани, тем меньше она проводит тепло, следовательно, тем меньше теплоотдача. Пористость меха в среднем составляет 95–97 %, шерсти – до 92 %, фланели – 89–92 %, трико – 73–86 %, льняных тканей – 37 %. Понятно, что меховая и шерстяная одежда лучше сохраняет тепло, чем льняная, поэтому она более пригодна для зимы, а льняная – для лета.

Нижнее белье должно быть светлым, мягким, легким и обладать большой воздухопроницаемостью и гигроскопичностью. Наиболее практично и целесообразно вязаное белье из трикотажа или из тонкого хлопчатобумажного (или льняного) полотна. Такое белье хорошо стирается. Шерстяное белье раздражает кожу и стирается хуже. Нижнее белье как минимум один раз в неделю нужно менять, так как на нем скапливаются грязь, продукты выделения и микробы. Летом, а также при интенсивной мышечной работе нижнее белье меняется чаще. Для постельного белья подходит хлопчатобумажная или льняная ткань. Постельное белье также необходимо менять и стирать один раз в неделю.

Головной убор для лета должен быть светлым, удобным, легким, хорошо пропускать воздух, не давить на голову и защищать ее от действия прямых солнечных лучей. Зимний головной убор должен быть, наоборот, темным, легким и содержать в порах много воздуха.

Гигиенические требования к детской одежде. Поскольку кожа детей имеет относительно большую поверхность, она тоньше и нежнее и, кроме того, содержит до одной трети всей крови организма, то теплоотдача через кожу у детей больше, чем у взрослых. В связи с этим гигиенические требования к одежде ребенка гораздо строже, чем для одежды взрослых.

Верхняя одежда детей и подростков должна быть летом светлой, зимой – темной, свободно облегать тело, не препятствовать дыханию, кровообращению, не стеснять движений, т. е. соответствовать размерам тела. Размеры одежды ребенка по мере роста увеличиваются. Одежда, сшитая не по размеру, может вызвать травмы у детей, потому что она имеет свойство задевать окружающие предметы. Необходимо избегать стягивания тела поясами, резинками. Зимой нельзя укутывать детей, надевать одежду, не соответствующую температуре воздуха. Наоборот, учитывая большую подвижность детей, их зимняя одежда должна быть слегка менее теплой, чем это нужно для поддержания температуры тела в покое. На детей не следует надевать тяжелые шубы, стесняющие движения. Детская одежда должна быть удобной и легкой, потому что тяжелая одежда способствует появлению у ребенка сколиоза и формированию неправильной осанки, в такой одежде дети быстро утомляются. Кроме того, тесная одежда может нарушать кровообращение, дыхание.

Для одежды детей раннего возраста лучше всего использовать материалы из натуральных волокон (хлопка, шерсти). Следует избегать применения синтетических волокон, а также материалов, обработанных различными пропитками.

Гигиенические требования, предъявляемые к обуви. Конструкция обуви и материал, из которого она изготовлена, должны отвечать гигиеническим требованиям. В первую очередь обувь должна обеспечивать физиологические функции стопы, соответствовать ее анатомо-физиологическим особенностям, не сдавливать ее, не нарушать крово– и лимфообращение, иннервацию, не вызывать потертостей. Обувь должна быть длиннее стопы на 10–15 мм. Не рекомендуется носить тесную и узкую обувь, так как это может привести к деформации стопы, ограничению подвижности суставов, нарушению кровообращения и иннервации.

Высота каблука является одной из конструкционных особенностей обуви, оказывающих влияние на опорно-двигательный аппарат стопы. Ношение обуви на высоких каблуках (7 см и более) приводит к укорочению икроножных мышц, расслаблению передних мышц голени и связок стопы. В результате этого нога становится крайне неустойчивой в связи с перемещением центра тяжести вперед, а центра опоры – на согнутые пальцы и каблук. Это объясняется тем, что площадь опоры обуви на высоких каблуках на 30–40 % меньше, чем у обуви на низких каблуках. Часто это приводит к подвертыванию стопы, растяжению связок, а также вывихам голеностопного сустава. Особенно опасна такая обувь зимой. Обувь на высоком каблуке способствует возникновению сколиоза, изменяет нормальную форму таза, приводит к смещению внутренних органов и появлению болевых ощущений. Рациональной высотой каблука, которая обеспечивает оптимальное мышечное равновесие между сгибателями и разгибателями стопы, амортизацию при ходьбе и сохранение свода стопы, является для мужчин 20–30 мм, для женщин – 20–40 мм, для детей (в зависимости от возраста) – 10–30 мм. При этом носок обуви должен соответствовать ширине и очертаниям переднего края стопы.

Обувь должна быть мягкой, легкой, водоотталкивающей, не изменять форму и размер после увлажнения и высушивания. В условиях холодной и средней климатической зоны нужно носить обувь из малотеплопроводных материалов.

Стопа взрослого человека в течение 1 ч в состоянии покоя выделяет до 3 мл пота, а при физической работе – около 8-12 мл. Влага, скапливаясь в обуви, раздражает кожу, способствует появлению потертостей, мацерации эпидермиса, возникновению различных кожных заболеваний. Поэтому обувь, предназначенная для летнего периода, должна обеспечивать вентиляцию внутриобувного пространства за счет физических свойств материалов (воздухопроницаемости, гигроскопичности и др.), а также благодаря конструкционным особенностям (перфорации верха, наличию открытых участков и т. п.), что позволяет избегать перегрева стопы и скопления пота. Наилучшим материалом для летней обуви является натуральная кожа. Обувь также изготавливают из искусственных и синтетических материалов.

Обувь ребенка не должна стеснять движений стопы, особенно пальцев. Тесная обувь задерживает рост стопы, деформирует ее, вызывает потертости, затрудняет нормальное кровообращение. Слишком свободная обувь также может вызывать потертости. Поэтому при конструировании обуви для детей необходимо учитывать особенности детской стопы: след должен быть лучеобразной формы с широким носком, приподнятым верхом, прямым внутренним краем и углублением для пятки и плюсне-фаланговой части. Обувь для детей младшего возраста должна хорошо фиксироваться на ноге.

Правильное формирование стопы зависит от пяточной части обуви (задника и каблука), поэтому задник детской обуви делают особо прочным, твердым и устойчивым.

Тема 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

3.1. Особенности функций и строения опорно-двигательного аппарата

Органы движения представляют собой единую систему, где каждая часть и орган формируются и функционируют в постоянном взаимодействии друг с другом. Элементы, входящие в систему органов движения, подразделяют на две основные категории: пассивные (кости, связки и суставы) и активные элементы органов движения (мышцы).

Размер и форма тела человека в значительной мере определяется структурной основой – скелетом. Скелет обеспечивает опорой и защитой все тело и отдельные органы. В составе скелета имеется система подвижно сочлененных рычагов, приводимая в движение мышцами, благодаря чему и совершаются разнообразные движения тела и его частей в пространстве. Отдельные части скелета служат не только вместилищем жизненно важных органов, но и обеспечивают их защиту. Например, череп, грудная клетка и таз служат защитой мозга, легких, сердца, кишечника и др.

До недавнего времени господствовало мнение о том, что роль скелета в организме человека ограничена функцией опоры тела и участием в движении (это и послужило причиной появления термина «опорно-двигательный аппарат»). Благодаря современным исследованиям представление о функциях скелета значительно расширилось. Например, скелет активно участвует в обмене веществ, а именно в поддержании на определенном уровне минерального состава крови. Такие входящие в состав скелета вещества, как кальций, фосфор, лимонная кислота и другие, при необходимости легко вступают в обменные реакции. Функция мышц также не ограничивается включением костей в движение и совершением работы, многие мышцы, окружая полости тела, защищают внутренние органы.

Общие сведения о скелете. Форма костей. Человеческий скелет по строению схож со скелетом высших животных, но имеет целый ряд особенностей, которые связаны с прямохождением, передвижением на двух конечностях, высоким развитием руки и головного мозга.

Скелет человека – это система, состоящая из 206 костей, из них 85 парных и 36 непарных. Кости являются органами тела. Вес скелета у мужчины составляет примерно 18 % веса тела, у женщины – 16 %, у новорожденного – 14 %. В состав скелета входят кости различных величины и формы.

По форме кости делятся на: а) длинные (находятся в скелете конечностей); б) короткие (расположены в запястье и предплюсне, т. е. там, где одновременно необходимы большая прочность и подвижность скелета); в) широкие или плоские (образуют стенки полостей, в которых находятся внутренние органы – тазовая кость, кости мозгового черепа); г) смешанные (имеют различную форму).

Соединения костей. Кости сочленяются различными способами. По степени подвижности различают сочленения: а) неподвижные; б) малоподвижные; в) подвижные соединения костей, или суставы.

Неподвижное соединение образуется в результате срастания костей, при этом движения могут быть крайне ограниченными или вовсе отсутствовать. Например, неподвижность костей мозгового черепа обеспечивается тем, что многочисленные выступы одной кости входят в соответствующее углубление другой. Подобное соединение костей называется швом.

Наличие упругих хрящевых прокладок между костями обеспечивает небольшую подвижность. Например, такие прокладки имеются между отдельными позвонками. Во время сокращения мышц прокладки сжимаются, а позвонки сближаются. При активных движениях (ходьбе, беге, прыжках) хрящ действует в качестве амортизатора, тем самым смягчая резкие толчки и предохраняя тело от сотрясения.

Чаще встречаются подвижные соединения костей, что обеспечивается суставами. Концы костей, образующих сустав, покрыты гиалиновым хрящом толщиной от 0,2 до 0,6 мм. Этот хрящ очень эластичен, имеет гладкую блестящую поверхность, поэтому значительно уменьшается трение между костями, что существенно облегчает их движение.

Из очень плотной соединительной ткани образуется суставная сумка (капсула), которая окружает область сочленения костей. Крепкий наружный (фиброзный) слой капсулы прочно соединяет между собой сочленяющиеся кости. Внутри капсула выстлана синовиальной оболочкой. В полости сустава находится синовиальная жидкость, которая действует как смазка и тоже способствует уменьшению трения.

Снаружи сустав укреплен связками. Ряд суставов укрепляется связками и внутри. Кроме того, внутри суставов имеются особые приспособления, которые увеличивают сочлененные поверхности: губы, диски, мениски из соединительной ткани и хряща.

Полость сустава является герметически замкнутой. Давление между суставными поверхностями всегда отрицательное (меньше атмосферного), в связи с чем наружное атмосферное давление препятствует их расхождению.

Типы суставов. По форме суставной поверхности и по осям вращения выделяют суставы: а) с тремя; б) с двумя; в) с одной осью вращения.

Первую группу составляют шаровидные суставы – наиболее подвижные (например, сустав между лопаткой и плечевой костью). Сустав между безымянной костью и бедром, называемый ореховидным, является разновидностью шаровидного сустава.

Вторую группу составляют эллипсовидные (например, сустав между черепом и первым шейным позвонком) и седловидные суставы (например, сустав между пястной костью первого пальца руки и соответствующей костью запястья).

К третьей группе относятся блоковидные (суставы между фалангами пальцев), цилиндрические (между локтевой и лучевой костями) и винтообразные суставы (образующие локтевой сустав).

Любое незакрепленное тело обладает шестью степенями свободы, потому что производит три поступательных и три вращательных движения по осям координат. Закрепленное тело может производить только вращения. Поскольку все звенья тела закреплены, суставы с тремя осями вращения являются наиболее подвижными и имеют три степени свободы. Суставы с двумя осями вращения менее подвижны, поэтому имеют две степени свободы. Одну степень свободы, а значит, наименьшую подвижность имеют суставы с одной осью вращения.

Строение кости. Каждая кость представляет собой сложный орган, состоящий из костной ткани, надкостницы, костного мозга, кровеносных и лимфатических сосудов и нервов. За исключением соединяющихся поверхностей, вся кость покрыта надкостницей – тонкой соединительно-тканной оболочкой, богатой нервами и сосудами, которые проникают из нее в кость через особые отверстия. К надкостнице прикрепляются связки и мышцы. Клетки, составляющие внутренний слой надкостницы, растут и размножаются, чем обеспечивается рост кости в толщину, а в случае перелома – образование костной мозоли.

Распилив трубчатую кость вдоль длинной оси, можно увидеть, что на поверхности расположено плотное (или компактное) вещество кости, а под ним (в глубине) – губчатое. В коротких костях, таких как позвонки, преобладает губчатое вещество. В зависимости от нагрузки, которую испытывает кость, компактное вещество образует слой разной толщины. Губчатое вещество образуется очень тонкими костными перекладинами, ориентированными параллельно линиям основных напряжений. Это позволяет кости выдерживать значительные нагрузки.

Плотный слой кости имеет пластинчатое строение и похож на систему вставленных друг в друга цилиндров, что также придает кости крепость и легкость. Между пластинками костного вещества лежат клетки костной ткани. Костные пластинки составляют межклеточное вещество костной ткани.

Трубчатая кость состоит из тела (диафиза) и двух концов (эпифизов). На эпифизах располагаются суставные поверхности, которые покрыты хрящом, участвующим в образовании сустава. На поверхности костей размещаются бугры, бугорки, борозды, гребни, вырезки, к которым прикрепляются сухожилия мышц, а также отверстия, через которые проходят сосуды и нервы.

Химический состав кости. Высушенная и обезжиренная кость имеет следующий состав: органические вещества – 30 %; минеральные вещества – 60 %; вода – 10 %.

К органическим веществам кости относят волокнистый белок (коллаген), углеводы и многие ферменты.

Минеральные вещества кости представлены солями кальция, фосфора, магния и многими микроэлементами (такими как алюминий, фтор, марганец, свинец, стронций, уран, кобальт, железо, молибден и др.). Скелет взрослого человека содержит около 1200 г кальция, 530 г фосфора, 11 г магния, т. е. 99 % всего кальция, имеющегося в теле человека, содержится в костях.

У детей в костной ткани преобладают органические вещества, поэтому их скелет более гибкий, эластичный, легко деформируется при длительной и тяжелой нагрузке или неправильных положениях тела. Количество минеральных веществ в костях с возрастом увеличивается, в связи с чем кости становятся более хрупкими и чаще ломаются.

Органические и минеральные вещества делают кость прочной, твердой и упругой. Прочность кости обеспечивается также ее структурой, расположением костных перекладин губчатого вещества соответственно направлению сил давления и растяжения.

Кость тверже кирпича в 30 раз, гранита – в 2,5 раза. Кость прочнее дуба. По прочности она в девять раз превосходит свинец и почти так же прочна, как чугун. В вертикальном положении бедренная кость человека выдерживает давление груза до 1500 кг, а большеберцовая кость – до 1800 кг.

Развитие костной системы в детстве и юности. В период внутриутробного развития у детей скелет состоит из хрящевой ткани. Точки окостенения появляются через 7–8 недель. Новорожденный имеет окостеневшие диафизы трубчатых костей. После рождения процесс окостенения продолжается. Сроки появления точек окостенения и окончания окостенения различны для разных костей. При этом для каждой кости они относительно постоянны, по ним можно судить о нормальном развитии скелета у детей и об их возрасте.

Скелет ребенка отличается от скелета взрослого человека своими размерами, пропорциями, строением и химическим составом. Развитие скелета у детей определяет развитие тела (например, мускулатура развивается медленнее, чем растет скелет).

Существует два пути развития кости.

1. Первичное окостенение, когда кости развиваются непосредственно из зародышевой соединительной ткани – мезенхимы (кости свода черепа, лицевой части, отчасти ключица и др.). Сначала образуется скелетогенный мезенхимный синцитий. В нем закладываются клетки – остеобласты, которые превращаются в костные клетки – остеоциты, и фибриллы, пропитанные солями кальция и превращающиеся в костные пластинки. Таким образом, кость развивается из соединительной ткани.

2. Вторичное окостенение, когда кости первоначально закладываются в виде плотных мезенхимных образований, имеющих примерные очертания будущих костей, затем превращаются в хрящевые ткани и замещаются костными тканями (кости основания черепа, туловища и конечностей).

При вторичном окостенении развитие костной ткани происходит замещением и снаружи, и внутри. Снаружи образование костного вещества происходит остеобластами надкостницы. Внутри окостенение начинается с образования ядер окостенения, постепенно хрящ рассасывается и замещается костью. По мере роста кость рассасывается изнутри специальными клетками – остеокластами. Нарастание костного вещества идет снаружи. Рост кости в длину происходит за счет образования костного вещества в хрящах, расположенных между эпифизом и диафизом. Эти хрящи постепенно сдвигаются в сторону эпифиза.

Многие кости в человеческом организме закладываются не целиком, а отдельными частями, которые потом сливаются в единую кость. Например, тазовая кость сначала состоит из трех частей, сливающихся вместе к 14–16 годам. Также закладываются тремя основными частями и трубчатые кости (ядра окостенения в местах образования костных выступов не учитываются). Например, большеберцовая кость у зародыша первоначально состоит из сплошного гиалинового хряща. Окостенение начинается в средней части приблизительно на восьмой неделе внутриутробной жизни. Замещение на кость диафиза происходит постепенно и идет сначала снаружи, а затем изнутри. При этом эпифизы остаются хрящевыми. Ядро окостенения в верхнем эпифизе появляется после рождения, а в нижнем – на втором году жизни. В средней части эпифизов кость сначала растет изнутри, потом снаружи, в результате чего остаются отделяющие диафиз от эпифизов две прослойки эпифизарного хряща.

В верхнем эпифизе бедренной кости образование костных балочек происходит в возрасте 4–5 лет. После 7–8 лет они удлиняются и становятся однородными и компактными. Толщина эпифизарного хряща к 17–18 годам достигает 2–2,5 мм. К 24 годам рост верхнего конца кости заканчивается и верхний эпифиз срастается с диафизом. Нижний эпифиз прирастает к диа-физу еще раньше – к 22 годам. С окончанием окостенения трубчатых костей прекращается их рост в длину.

Процесс окостенения. Общее окостенение трубчатых костей завершается к концу полового созревания: у женщин – к 17–21, у мужчин – к 19–24 годам. Из-за того, что у мужчин половое созревание заканчивается позднее, чем у женщин, они имеют в среднем более высокий рост.

С пяти месяцев до полутора лет, т. е. когда ребенок становится на ноги, происходит основное развитие пластинчатой кости. К 2,5–3 годам остатки грубоволокнистой ткани уже отсутствуют, хотя в течение второго года жизни большая часть костной ткани имеет пластинчатое строение.

Пониженная функция желез внутренней секреции (передней части аденогипофиза, щитовидной, околощитовидных, вилочковой, половых) и недостаток витаминов (особенно витамина D) могут вызвать задержку окостенения. Ускорение окостенения происходит при преждевременном половом созревании, повышенной функции передней части аденогипофиза, щитовидной железы и коры надпочечников. Задержка и ускорение окостенения чаще всего проявляются до 17–18 лет, и разница между «костным» и паспортным возрастами может достичь 5-10 лет. Иногда на одной стороне тела окостенение происходит быстрее или медленнее, чем на другой.

С возрастом химический состав костей изменяется. Кости детей содержат больше органических веществ и меньше неорганических. По мере роста значительно увеличивается количество солей кальция, фосфора, магния и других элементов, меняется соотношение между ними. Так, у маленьких детей в костях больше всего задерживается кальция, однако по мере взросления происходит смещение в сторону большей задержки фосфора. Неорганические вещества в составе костей новорожденного составляют одну вторую веса кости, у взрослого – четыре пятых.

Изменение строения и химического состава костей влечет и изменение их физических свойств. У детей кости более эластичны и менее ломки, чем у взрослых. Хрящи у детей также более пластичны.

Возрастные различия в строении и составе костей особенно отчетливо проявляются в количестве, расположении и строении гаверсовых каналов. С возрастом их число уменьшается, а расположение и строение изменяются. Чем старше ребенок, тем больше в его костях плотного вещества, у маленьких детей больше губчатого вещества. К 7 годам строение трубчатых костей сходно с таковым у взрослого человека, однако между 10–12 годами губчатое вещество костей еще интенсивнее изменяется, его строение стабилизируется к 18–20 годам.

Чем младше ребенок, тем больше надкостница сращена с костью. Окончательное разграничение между костью и надкостницей происходит к 7 годам. К 12 годам плотное вещество кости имеет почти однородное строение, к 15 годам совершенно исчезают единичные участки рассасывания плотного вещества, а к 17 годам в нем преобладают большие остеоциты.

С 7 до 10 лет резко замедляется рост костно-мозговой полости в трубчатых костях, окончательно она формируется с 11–12 до 18 лет. Увеличение костно-мозгового канала происходит параллельно с равномерным ростом плотного вещества.

Между пластинками губчатого вещества и в костно-мозговом канале находится костный мозг. В связи с большим количеством кровеносных сосудов в тканях у новорожденных есть только красный костный мозг – в нем происходит кроветворение. С шести месяцев начинается постепенный процесс замены в диафизах трубчатых костей красного костного мозга на желтый, состоящий по большей части из жировых клеток. Замена красного мозга заканчивается к 12–15 годам. У взрослых красный костный мозг сохраняется в эпифизах трубчатых костей, в грудине, ребрах и позвоночнике и составляет приблизительно 1500 куб. см.

Срастание переломов и образование костной мозоли у детей происходит через 21–25 дней, у грудных детей этот процесс происходит еще быстрее. Вывихи у детей до 10 лет редки ввиду большой растяжимости связочного аппарата.

3.2. Виды и функциональные особенности мышечной ткани детей и подростков

Общие сведения о мышцах. В человеческом теле насчитывается около 600 скелетных мышц. Мышечная система составляет значительную часть общей массы тела человека. Так, в возрасте 17–18 лет она составляет 43–44 %, а у людей с хорошей физической подготовкой может достигать даже 50 %. У новорожденных масса всех мышц составляет всего 23 % массы тела.

Рост и развитие отдельных мышечных групп происходят неравномерно. В первую очередь у грудных детей развиваются мышцы живота, несколько позже – жевательные мышцы. Мышцы ребенка в отличие от мышц взрослого человека бледнее, нежнее и эластичнее. К концу первого года жизни заметно увеличиваются мышцы спины и конечностей, в это время ребенок начинает ходить.

За период от рождения и до окончания роста ребенка масса мускулатуры увеличивается в 35 раз. В 12–16 лет (период полового созревания) из-за удлинения трубчатых костей интенсивно удлиняются и сухожилия мышц. В это время мышцы становятся длинными и тонкими, из-за чего подростки выглядят длинноногими и длиннорукими. В 15–18 лет происходит поперечный рост мышц. Их развитие продолжается до 25–30 лет.

Строение мышц. В мышце различают среднюю часть – брюшко, состоящее из мышечной ткани, и концевые участки – сухожилия, образованные плотной соединительной тканью. Сухожилиями мышцы прикрепляются к костям, однако это не обязательно. Мышцы могут прикрепляться и к различным органам (глазному яблоку), к коже (мышцы лица и шеи) и т. д. У мышц новорожденного сухожилия развиты довольно слабо, и лишь к 12–14 годам устанавливаются мышечно-сухожильные отношения, которые характерны для мышц взрослого человека. Мышцы всех высших животных являются важнейшими рабочими органами – эффекторами.

Мышцы бывают гладкие и поперечно-полосатые. В организме человека гладкие мышцы находятся во внутренних органах, сосудах и коже. Они почти не контролируются центральной нервной системой, поэтому их (а также мышцу сердца) иногда называют непроизвольными. Эти мышцы обладают автоматизмом и собственной нервной сетью (интрамуральной, или метасимпатической), в значительной степени обеспечивающей их автономность. Регулировка тонуса и двигательной активности гладких мышц осуществляется импульсами, поступающими через вегетативную нервную систему и гуморально (т. е. через тканевую жидкость). Гладкая мускулатура способна осуществлять довольно медленные движения и длительные тонические сокращения. Двигательная активность гладкой мускулатуры часто имеет ритмический характер, например маятникообразные и перистальтические движения кишечника. Длительные тонические сокращения гладких мышц очень четко выражены в сфинктерах полых органов, что препятствует выходу содержимого. Это обеспечивает накопление мочи в мочевом пузыре и желчи в желчном пузыре, оформление каловых масс в толстой кишке и т. д.

Гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол, находятся в состоянии постоянного тонического сокращения. Тонус мышечного слоя стенок артерий регулирует величину их просвета и тем самым уровень кровяного давления и кровоснабжения органов.

Поперечно-полосатые мышцы состоят из множества отдельных мышечных волокон, которые расположены в общем соединительно-тканном футляре и крепятся к сухожилиям, которые, в свою очередь, связаны со скелетом. Поперечнополосатые мышцы подразделяют на два типа: а) параллельно-волокнистый (все волокна параллельны длинной оси мышцы); б) перистый (волокна расположены косо, прикрепляясь с одной стороны к центральному сухожильному тяжу, а с другой – к наружному сухожильному футляру).

Сила мышцы пропорциональна числу волокон, т. е. площади так называемого физиологического поперечного сечения мышцы, площади поверхности, пересекающей все действующие мышечные волокна. Каждое волокно скелетной мышцы – это тонкое (диаметром от 10 до 100 мкм), длинное (до 2–3 см) многоядерное образование – симпласт – возникающее в раннем онтогенезе из слияния клеток-миобластов.

Главной особенностью мышечного волокна является наличие в его протоплазме (саркоплазме) массы тонких (диаметром около 1 мкм) нитей – миофибрилл, которые расположены вдоль продольной оси волокна. Миофибриллы состоят из чередующихся светлых и темных участков – дисков. Причем в массе соседних миофибрилл у поперечно-полосатых волокон одноименные диски расположены на одном уровне, что и придает регулярную поперечную исчерченность (полосатость) всему мышечному волокну.

Комплекс из одного темного и двух прилежащих к нему половин светлых дисков, ограниченный тонкими Z-линия-ми, называется саркомером. Саркомеры – это минимальный элемент сократительного аппарата мышечного волокна.

Мембрана мышечного волокна – плазмалемма – имеет сходное строение с нервной мембраной. Ее отличительной особенностью является то, что она дает регулярные Т-образные впячивания (трубки диаметром 50 нм) приблизительно на границах саркомеров. Впячивания плазмалеммы увеличивают ее площадь, а следовательно, и общую электрическую емкость.

Внутри мышечного волокна между пучками миофибрилл параллельно продольной оси симпласта располагаются системы трубочек саркоплазматического ретикулума, представляющего собой разветвленную замкнутую систему, тесно прилегающую к миофибриллам и своими слепыми концами (концевыми цистернами) к Т-образным впячиваниям плазмалеммы (Т-системе). Т-система и саркоплазматический ретикулум – это аппараты передачи сигналов возбуждения с плазмалеммы на сократительный аппарат миофибрилл.

Снаружи вся мышца заключена в тонкую соединительнотканную оболочку – фасцию.

Сократимость как основное свойство мышц. Возбудимость, проводимость и сократимость – основные физиологические свойства мышц. Сократимость мышц состоит в укорочении мышцы или в развитии напряжения. Во время эксперимента мышца отвечает одиночным сокращением в ответ на одиночное раздражение. В организме человека и животных мышцы из центральной нервной системы получают не одиночные импульсы, а серию импульсов, на которые они отвечают сильным, длительным сокращением. Такое сокращение мышц называется тетаническим (или тетанусом).

При сокращении мышцы совершают работу, которая зависит от их силы. Чем мышца толще, чем больше в ней мышечных волокон, тем она сильнее. Мышца при пересчете на 1 кв. см поперечного сечения может поднять груз до 10 кг. Сила мышц зависит и от особенностей прикрепления их к костям. Кости и прикрепляющиеся к ним мышцы представляют собой своеобразные рычаги. Сила мышцы зависит от того, как далеко от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести она прикрепляется.

Человек способен длительное время сохранять одинаковую позу. Это называется статическим напряжением мышц. Например, когда человек просто стоит или держит голову в вертикальном положении (т. е. совершает так называемые статические усилия), его мышцы находятся в состоянии напряжения. Некоторые упражнения на кольцах, параллельных брусьях, удержание поднятой штанги требуют такой статической работы, при которой необходимо одновременное сокращение почти всех мышечных волокон. Разумеется, такое состояние не может быть продолжительным из-за развивающегося утомления.

Во время динамической работы сокращаются различные группы мышц. При этом мышцы, совершающие динамическую работу, быстро сокращаются, работают с большим напряжением и потому скоро утомляются. Обычно при динамической работе различные группы мышечных волокон сокращаются поочередно. Это дает мышце возможность совершать работу длительное время.

Управляя работой мышц, нервная система приспосабливает их работу к текущим потребностям организма, в связи с этим мышцы работают экономно, с высоким коэффициентом полезного действия. Работа станет максимальной, а утомление будет развиваться постепенно, если для каждого вида мышечной деятельности подобрать средний (оптимальный) ритм и величину нагрузки.

Работа мышц является необходимым условием их существования. Если мышцы длительное время бездействуют, развивается атрофия мышц, они теряют работоспособность. Тренировка, т. е. постоянная, достаточно интенсивная работа мышц, способствует увеличению их объема, возрастанию силы и работоспособности, а это важно для физического развития организма в целом.

Мышечный тонус. У человека мышцы даже в состоянии покоя несколько сокращены. Состояние, при котором длительно удерживается напряжение, называют тонусом мышц. Тонус мышц может немного снижаться, а тело расслабляться во время сна или наркоза. Полное исчезновение мышечного тонуса происходит только после смерти. Тоническое сокращение мышц не вызывает утомления. Внутренние органы удерживаются в нормальном положении только благодаря тонусу мышц. Величина мышечного тонуса зависит от функционального состояния центральной нервной системы.

Тонус скелетных мышц непосредственно определяется поступлением к мышце с большим интервалом нервных импульсов из двигательных нейронов спинного мозга. Активность нейронов поддерживается импульсами, идущими из вышележащих отделов центральной нервной системы, от рецепторов (проприорецепторов), которые находятся в самих мышцах. Велика роль мышечного тонуса в обеспечении координации движений. У новорожденных преобладает тонус сгибателей руки; у детей 1–2 месяцев – тонус мышц-разгибателей, у детей 3–5 месяцев – равновесие тонуса мышц-антагонистов. Это обстоятельство связано с повышенной возбудимостью красных ядер среднего мозга. По мере функционального созревания пирамидной системы, а также коры больших полушарий головного мозга тонус мышц снижается.

Повышенный мышечный тонус ног новорожденного постепенно снижается (это происходит во втором полугодии жизни ребенка), что является необходимой предпосылкой для развития ходьбы.

Утомление. Во время длительной или напряженной работы снижается работоспособность мышц, которая восстанавливается после отдыха. Это явление называется физическим утомлением. При резко выраженном утомлении развиваются длительное укорочение мышц и их неспособность к полному расслаблению (контрактура). Это связано в первую очередь с изменениями, которые происходят в нервной системе, нарушением проведения нервных импульсов в синапсах. При утомлении запасы химических веществ, которые служат источниками энергии сокращения, истощаются, а продукты обмена (молочная кислота и др.) накапливаются.

Скорость наступления утомления зависит от состояния нервной системы, частоты ритма, в котором производится работа, и от величины нагрузки. Утомление может быть связано с неблагоприятной обстановкой. Быстро вызывает наступление утомления неинтересная работа.

Чем младше ребенок, тем быстрее он утомляется. В грудном возрасте утомление наступает уже через 1,5–2 ч бодрствования. Неподвижность, длительное торможение движений утомляют детей.

Физическое утомление – нормальное физиологическое явление. После отдыха работоспособность не только восстанавливается, но и может превышать исходный уровень. В 1903 г. И.М. Сеченов установил, что работоспособность утомленных мышц правой руки восстанавливается значительно быстрее, если во время отдыха производить работу левой рукой. Такой отдых в отличие от простого покоя И.М. Сеченов назвал активным.

Таким образом, чередование умственного и физического труда, подвижные игры до занятий, физкультурные паузы во время уроков и на переменах повышают работоспособность учащихся.

3.3. Рост и работа мышц

В период внутриутробного развития мышечные волокна формируются гетерохронно. Первоначально дифференцируются мышцы языка, губ, диафрагмы, межреберные и спинные, в конечностях – сначала мышцы рук, потом ног, в каждой конечности сначала – проксимальные отделы, а затем дистальные. Мышцы эмбрионов содержат меньше белков и больше (до 80 %) воды. Развитие и рост разных мышц после рождения также происходят неравномерно. Раньше и больше начинают развиваться мышцы, обеспечивающие двигательные функции, которые чрезвычайно важны для жизни. Это мышцы, которые участвуют в дыхании, сосании, схватывании предметов, т. е. диафрагма, мышцы языка, губ, кисти, межреберные мышцы. Помимо этого, больше тренируются и развиваются мышцы, участвующие в процессе обучения и воспитания у детей определенных навыков.

У новорожденного есть все скелетные мышцы, но весят они в 37 раз меньше, чем у взрослого. Скелетные мышцы растут и формируются примерно до 20–25 лет, оказывая влияние на рост и формирование скелета. Увеличение веса мышц с возрастом происходит неравномерно, особенно быстро этот процесс идет в период полового созревания.

Вес тела растет с возрастом в основном за счет увеличения веса скелетной мускулатуры. Средний вес скелетных мышц в процентах к весу тела распределяется следующим образом: у новорожденных – 23,3; в 8 лет – 27,2; в 12 лет – 29,4; в 15 лет – 32,6; в 18 лет – 44,2.

Возрастные особенности роста и развития скелетной мускулатуры. Наблюдается следующая закономерность роста и развития скелетных мышц в различные возрастные периоды.

Период до 1 года: больше, чем мышцы таза, бедра и ног, развиты мышцы плечевого пояса и рук.

Период с 2 до 4 лет: в руке и плечевом поясе проксимальные мышцы значительно толще дистальных, поверхностные мышцы толще глубоких, функционально активные толще менее активных. Особенно быстро растут волокна в длиннейшей мышце спины и в большой ягодичной мышце.

Период с 4 до 5 лет: развиты мышцы плеча и предплечья, недостаточно развиты мышцы кистей рук. В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее, чем мышцы рук и ног.

Период с 6 до 7 лет: происходит ускорение развития мышц кисти, когда ребенок начинает производить легкую работу и приучаться к письму. Развитие сгибателей опережает развитие разгибателей.

Кроме того, у сгибателей вес и физиологический поперечник больше, чем у разгибателей. Мышцы пальцев, особенно сгибатели, которые участвуют в захвате предметов, имеют наибольший вес и физиологический поперечник. По сравнению с ними сгибатели кисти имеют относительно меньший вес и физиологический поперечник.

Период до 9 лет: увеличивается физиологический поперечник мышц, вызывающих движения пальцев, в то же время мышцы лучезапястного и локтевого суставов растут менее интенсивно.

Период до 10 лет: поперечник длинного сгибателя большого пальца к 10 годам достигает почти 65 % длины поперечника взрослого человека.

Период с 12 до 16 лет: растут мышцы, которые обеспечивают вертикальное положение тела, особенно подвздошно-поясничная, играющая важную роль в ходьбе. К 15–16 годам толщина волокон подвздошно-поясничной мышцы становится наибольшей.

Анатомический поперечник плеча в период с 3 до 16 лет увеличивается у юношей в 2,5–3 раза, у девушек – меньше.

Глубокие мышцы спины в первые годы жизни у детей еще слабы, недостаточно развит и их сухожильно-связочный аппарат, однако к 12–14 годам эти мышцы укреплены сухожильно-связочным аппаратом, но меньше, чем у взрослых.

Мышцы брюшного пресса у новорожденных не развиты. С 1 года до 3 лет эти мышцы и их апоневрозы различаются, и только к 14–16 годам передняя стенка живота укреплена почти так же, как у взрослого. До 9 лет прямая мышца живота очень интенсивно растет, ее вес по сравнению с весом у новорожденного увеличивается почти в 90 раз, внутренней косой мышцы – более чем в 70 раз, наружной косой – в 67 раз, поперечной – в 60 раз. Эти мышцы противостоят постепенно увеличивающемуся давлению внутренних органов.

В двуглавой мышце плеча и четырехглавой мышце бедра мышечные волокна утолщаются: к 1 году – в два раза; к 6 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.

Рост мышц в длину происходит в месте перехода мышечных волокон в сухожилие. Этот процесс продолжается до 23–25 лет. С 13 до 15 лет сократимый отдел мышцы растет особенно быстро. К 14–15 годам дифференцировка мышц достигает высокого уровня. Рост волокон в толщину продолжается до 30–35 лет. Поперечник мышечных волокон утолщается: к 1 году-в два раза; к 5 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.

Масса мышц особенно интенсивно увеличивается у девочек в 11–12 лет, у мальчиков – в 13–14 лет. У подростков за два-три года масса скелетных мышц увеличивается на 12 %, в то время как в предыдущие 7 лет – всего на 5 %. Вес скелетных мышц у подростков составляет примерно 35 % по отношению к весу тела, при этом значительно возрастает сила мышц. Значительно развивается мускулатура спины, плечевого пояса, рук и ног, что вызывает усиленный рост трубчатых костей. Гармоническому развитию скелетных мышц способствует правильный подбор физических упражнений.

Возрастные особенности строения скелетной мускулатуры. Химический состав и строение скелетных мышц с возрастом также изменяются. В мышцах детей содержится больше воды и меньше плотных веществ, чем у взрослых. Биохимическая активность красных мышечных волокон больше, чем белых. Это объясняется различиями в количестве митохондрий или в активности их ферментов. Количество миоглобина (показателя интенсивности окислительных процессов) с возрастом увеличивается. У новорожденного в скелетных мышцах 0,6 % миоглобина, у взрослых – 2,7 %. Кроме того, у детей содержится относительно меньше сократительных белков – миозина и актина. С возрастом это различие уменьшается.

В мышечных волокнах у детей содержится сравнительно больше ядер, они короче и тоньше, однако с возрастом и их длина, и толщина увеличиваются. Мышечные волокна у новорожденных тонки, нежны, поперечная исчерченность их сравнительно слабая и окружена большими прослойками рыхлой соединительной ткани. Относительно больше места занимают сухожилия. Многие ядра внутри мышечных волокон лежат не у мембраны клетки. Четкими прослойками саркоплазмы окружены миофибриллы.

Наблюдается следующая динамика изменения структуры скелетных мышц в зависимости от возраста.

1. В 2–3 года мышечные волокна в два раза толще, чем у новорожденных, они располагаются плотнее, количество миофибрилл увеличивается, а саркоплазмы – уменьшается, ядра прилегают к мембране.

2. В 7 лет толщина мышечных волокон в три раза толще, чем у новорожденных, и их поперечная исчерченность отчетливо выражена.

3. К 15–16 годам строение мышечной ткани становится таким же, как у взрослых. К этому времени формирование сарколеммы завершается.

Созревание мышечных волокон прослеживается по изменению частоты и амплитуды биотоков, регистрируемых с двуглавой мышцы плеча при удержании груза:

у детей 7–8 лет по мере увеличения времени удержания груза все больше уменьшаются частота и амплитуда биотоков. Это доказывает незрелость части их мышечных волокон;

у детей 12–14 лет частота и амплитуда биотоков не изменяются в течение 6–9 с удержания груза на максимальной высоте либо уменьшаются в более поздние сроки. Это указывает на зрелость мышечных волокон.

У детей в отличие от взрослых мышцы прикрепляются к костям дальше от осей вращения суставов, следовательно, их сокращение сопровождается меньшей потерей силы, чем у взрослых. С возрастом значительно изменяется соотношение между мышцей и ее сухожилием, растущим более интенсивно. В результате изменяется характер прикрепления мышцы к кости, поэтому увеличивается коэффициент полезного действия. Приблизительно к 12–14 годам происходит стабилизация отношения «мышца – сухожилие», которое характерно для взрослого. В поясе верхних конечностей до 15 лет развитие мышечного брюшка и сухожилий происходит одинаково интенсивно, после 15 и до 23–25 лет сухожилие растет более интенсивно.

Эластичность детских мышц больше примерно в два раза по сравнению с мышцами взрослых. При сокращении они больше укорачиваются, а при растяжении больше удлиняются.

Мышечные веретена появляются на 10-14-й неделе утробной жизни. Увеличение их длины и поперечника происходит в первые годы жизни ребенка. В период с 6 до 10 лет поперечный размер веретен изменяется незначительно. В период 12–15 лет мышечные веретена заканчивают свое развитие и имеют такое же строение, как и у взрослых в 20–30 лет.

Начало формирования чувствительной иннервации происходит в 3,5–4 месяца утробной жизни, и к 7–8 месяцам нервные волокна достигают значительного развития. К моменту рождения центростремительные нервные волокна активно миелинизируются.

Мышечные веретена единичной мышцы имеют одинаковое строение, но их число и уровень развития отдельных структур в разных мышцах неодинаковы. Сложность их строения зависит от амплитуды движения и силы сокращения мышцы. Это связано с координационной работой мышцы: чем она выше, тем больше в ней мышечных веретен и тем они сложнее. В некоторых мышцах нет не подвергающихся растягиванию мышечных веретен. Такими мышцами, например, являются короткие мышцы ладони и стопы.

Двигательные нервные окончания (мионевральные аппараты) появляются у ребенка еще в утробный период жизни (в возрасте от 3,5–5 месяцев). В разных мышцах они развиваются одинаково. К моменту рождения количество нервных окончаний в мышцах руки больше, чем в межреберных мышцах и мышцах голени. У новорожденного двигательные нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой, которая к 7 годам сильно утолщается. К 3–5 годам нервные окончания значительно усложняются, к 7-14 годам еще более дифференцируются, а к 19–20 годам достигают полной зрелости.

Возрастные изменения возбудимости и лабильности мышц. Для работы мышечного аппарата имеют значение не только свойства самих мышц, но и возрастные изменения физиологических свойств двигательных нервов, их иннервирующих. Для оценки возбудимости нервных волокон используется относительный показатель, выражающийся в единицах времени, – хронаксия. У новорожденных отмечается более удлиненная хронаксия. В течение первого года жизни происходит снижение уровня хронаксии примерно в 3–4 раза. В последующие годы значение хронаксии постепенно укорачивается, но у детей школьного возраста она все еще превышает показатели хронаксии взрослого человека. Таким образом, уменьшение хронаксии с рождения и до школьного периода свидетельствует о том, что возбудимость нервов и мышц с возрастом увеличивается.

Для детей 8-11 лет, как и для взрослых, характерно превышение хронаксии сгибателей над хронаксией разгибателей. Наиболее сильно различие в хронаксии мышц-антагонистов выражено на руках, чем на ногах. Хронаксия дистальных мышц превышает таковую у проксимальных мышц. Например, хронаксия мышц плеча приблизительно в два раза короче, чем хронаксия мышц предплечья. У менее тонизированных мышц хронаксия длиннее, чем у более тонизированных. Например, у двуглавой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы хронаксия длиннее, чем у их антагонистов – четырехглавой мышцы бедра и икроножной мышцы. Переход из света в темноту удлиняет хронаксию, и наоборот.

В течение дня у детей младших школьных возрастов хронаксия изменяется. После 1–2 общеобразовательных уроков наблюдается уменьшение двигательной хронаксии, а к концу учебного дня она часто восстанавливается до прежнего уровня или даже увеличивается. После легких общеобразовательных уроков двигательная хронаксия чаще всего уменьшается, а после трудных уроков – увеличивается.

По мере взросления колебания двигательной хронаксии постепенно уменьшаются, в то время как хронаксия вестибулярного аппарата увеличивается.

Функциональная подвижность, или лабильность, в отличие от хронаксии определяет не только наименьшее время, необходимое для возникновения возбуждения, но также время, необходимое для завершения возбуждения и восстановления способности ткани давать новые последующие импульсы возбуждения. Чем быстрее реагирует скелетная мышца, чем больше импульсов возбуждения проходит через нее в единицу времени, тем больше ее лабильность. Следовательно, лабильность мышц возрастает при увеличении подвижности нервного процесса в двигательных нейронах (ускорении перехода возбуждения в торможение), и наоборот – при увеличении скорости сокращения мышцы. Чем медленнее реагируют мышцы, тем меньше их лабильность. У детей лабильность с возрастом повышается, к 14–15 годам она достигает уровня лабильности взрослых.

Изменение тонуса мышц. В раннем детстве наблюдается сильное напряжение некоторых мышц, например мышц кистей рук и сгибателей бедра, что связано с участием скелетной мускулатуры в генерации тепла в покое. Этот тонус мышц имеет рефлекторное происхождение и с возрастом уменьшается.

Тонус скелетных мышц проявляется в их сопротивлении активной деформации при сдавливании и растяжении. В возрасте 8–9 лет у мальчиков тонус мышц, например мышцы задней поверхности бедра, выше, чем у девочек. К 10–11 годам мышечный тонус уменьшается, а затем снова значительно возрастает. Наибольшее увеличение тонуса скелетных мышц отмечается у подростков 12–15 лет, особенно мальчиков, у которых он достигает юношеских значений. При переходе от преддошкольного к дошкольному возрасту происходит постепенное прекращение участия скелетных мышц в теплопроизводстве в покое. В состоянии покоя мышцы все более расслабляются.

В отличие от произвольного напряжения скелетных мышц процесс их произвольного расслабления достигается труднее. Данная способность с возрастом увеличивается, поэтому скованность движений уменьшается у мальчиков до 12–13 лет, у девочек – до 14–15 лет. Затем происходит обратный процесс: скованность движений снова увеличивается с 14–15 лет, при этом у юношей 16–18 лет она значительно больше, чем у девушек.

Структура саркомера и механизм сокращения мышечного волокна. Саркомер – повторяющийся сегмент миофибриллы, состоящий из двух половин светлого (оптически изотропного) диска (I-диска) и одного темного (анизотропного) диска (А-диск). Электронно-микроскопическим и биохимическим анализом было установлено, что темный диск сформирован параллельным пучком толстых (диаметром порядка 10 нм) миозиновых нитей, длина которых составляет около 1,6 мкм. Молекулярная масса белка миозина равна 500 000 Д. Головки миозиновых молекул (длиной 20 нм) расположены на нитях миозина. В светлых дисках имеются тонкие нити (диаметром 5 нм и длиной 1 мкм), которые построены из белка и актина (молекулярная масса – 42 000 Д), а также тропомиозина и тропонина. В области Z-линии, разграничивающей расположенные рядом саркомеры, пучок тонких нитей скрепляется Z-мембраной.

Соотношение тонких и толстых нитей в саркомере составляет 2: 1. Миозиновые и актиновые нити саркомера располагаются так, что тонкие нити могут свободно входить между толстыми, т. е. «задвигаться» в А-диск, это и происходит при сокращении мышцы. Поэтому длина светлой части саркомера (I-диска) может быть различной: при пассивном растяжении мышцы она увеличивается до максимума, при сокращении может уменьшаться до нуля.

Механизм сокращения представляет собой перемещение (протягивание) тонких нитей вдоль толстых к центру саркомера за счет «гребных» движений головок миозина, которые периодически прикрепляются к тонким нитям, образуя поперечные актомиозиновые мостики. Исследуя движения мостиков с помощью метода дифракции рентгеновских лучей, определили, что амплитуда этих движений составляет 20 нм, а частота – 5-50 колебаний в секунду. При этом каждый мостик то прикрепляется и тянет нить, то открепляется в ожидании нового прикрепления. Огромное количество мостиков работает вразнобой, поэтому их общая тяга оказывается равномерной во времени. Многочисленные исследования установили следующий механизм циклической работы миозинового мостика.

1. В состоянии покоя мостик заряжен энергией (миозин фосфорилирован), но он не может соединиться с нитью актина, так как между ними вклинена система из нити тропомиозина и глобулы тропонина.

2. При активации мышечного волокна и появлении в миоплазме ионов Са+2(в присутствии АТФ) тропонин изменяет свою конформацию и отодвигает нить тропомиозина, открывая для миозиновой головки возможность соединения с актином.

3. Соединение головки фосфорилированного миозина с актином резко изменяет конформацию мостика (происходит его «сгибание») и перемещает нити актина на один шаг (20 нм), а затем мостик разрывается. Энергия, необходимая для этого, появляется в результате распада макроэргической фосфатной связи, включенной в фосфорилактомиозин.

4. Затем из-за падения локальной концентрации Са+2и отсоединения его от тропонина тропомиозин опять блокирует актин, а миозин снова за счет АТФ фосфорилируется. АТФ не только заряжает системы для дальнейшей работы, но и способствует временному разобщению нитей, т. е. пластифицирует мышцу, делает ее способной растягиваться под воздействием внешних сил. Считается, что на одно рабочее движение одного мостика расходуется одна молекула АТФ, причем роль АТФазы играет актомиозин (в присутствии Mg+2и Са+2). При одиночном сокращении всего тратится 0,3 мкМ АТФ на 1 г мышцы.

Таким образом, АТФ играет в мышечной работе двоякую роль: с одной стороны, фосфорилируя миозин, он обеспечивает энергией сокращение, с другой – находясь в свободном состоянии, обеспечивает расслабление мышцы (ее пластификацию). Если АТФ исчезает из миоплазмы, развивается непрерывное сокращение – контрактура.

Все эти феномены можно показать на изолированных актомиозиновых комплексах-нитях: такие нити без АТФ твердеют (наблюдается ригор), в присутствии АТФ они расслабляются, а при добавлении еще и Са+2производят обратимое сокращение, подобное нормальному.

Мышцы пронизаны кровеносными сосудами, по которым с кровью поступают к ним питательные вещества и кислород, а выносятся продукты обмена. Кроме того, мышцы богаты и лимфатическими сосудами.

В мышцах имеются нервные окончания – рецепторы, воспринимающие степень сокращения и растяжения мышцы.

Основные группы мышц человеческого тела. Форма и величина мышц зависят от выполняемой ими работы. Различаются мышцы длинные, широкие, короткие и круговые. Длинные мышцы расположены на конечностях, короткие – там, где размах движения небольшой (например, между позвонками). Широкие мышцы расположены в основном на туловище, в стенках полостей тела (например, мышцы живота, спины, груди). Круговые мышцы – сфинктеры – лежат вокруг отверстий тела, суживая их при сокращении.

По функции мышцы делятся на сгибатели, разгибатели, приводящие и отводящие мышцы, а также мышцы, вращающие внутрь и наружу.

I. К мышцам туловища относятся: 1) мышцы грудной клетки; 2) мышцы живота; 3) мышцы спины.

II. Мышцы, располагающиеся между ребрами (межреберные), а также другие мышцы грудной клетки участвуют в функции дыхания. Их называют дыхательными мышцами. К ним относится и диафрагма, которая отделяет грудную полость от брюшной.

III. Хорошо развитые мышцы груди приводят в движение и укрепляют на туловище верхние конечности. К ним относятся: 1) большая грудная мышца; 2) малая грудная мышца; 3) передняя зубчатая мышца.

IV. Мышцы живота выполняют различные функции. Они образуют стенку брюшной полости и благодаря своему тонусу удерживают внутренние органы от смещения, опускания и выпадения. Сокращаясь, мышцы живота действуют на внутренние органы как брюшной пресс, способствуя выделению мочи, кала и родовому акту. Сокращение мышц брюшного пресса также помогает движению крови в венозной системе, осуществлению дыхательных движений. Мышцы живота участвуют в сгибании позвоночного столба вперед.

Из-за возможной слабости мышц живота происходит не только опущение органов брюшной полости, но и образование грыж. Грыжа – это выход внутренних органов (кишечника, желудка, большого сальника) из брюшной полости под кожу живота.

V. К мышцам брюшной стенки относятся: 1) прямая мышца живота; 2) пирамидальная мышца; 3) квадратная мышца поясницы; 4) широкие мышцы живота (наружная и внутренняя, косые и поперечная).

VI. По средней линии живота проходит плотный сухожильный тяж – так называемая белая линия. По бокам от нее находится прямая мышца живота, имеющая продольное направление волокон.

VII. На спине расположены многочисленные мышцы вдоль позвоночного столба. Это глубокие мышцы спины. Они прикрепляются преимущественно к отросткам позвонков и участвуют в движениях позвоночного столба назад и в сторону.

VIII. К поверхностным мышцам спины относятся: 1) трапециевидная мышца спины; 2) широчайшая мышца спины. Они обеспечивают движения верхних конечностей и грудной клетки.

IX. Среди мышц головы различают:

1) жевательные мышцы. К ним относятся: височная мышца; жевательная мышца; крыловидные мышцы. Сокращения этих мышц вызывают сложные жевательные движения нижней челюсти;

2) мимические мышцы. Эти мышцы одним, а иногда и двумя своими концами прикрепляются к коже лица. При сокращении они смещают кожу, создавая определенную мимику, т. е. то или иное выражение лица. К числу мимических мышц также относятся круговые мышцы глаза и рта.

X. Мышцы шеи запрокидывают голову, наклоняют и поворачивают ее.

XI. Лестничные мышцы поднимают ребра, участвуя таким образом во вдохе.

XII. Мышцы, прикрепленные к подъязычной кости, при сокращении меняют положение языка и гортани при глотании и произнесении различных звуков.

XIII. Пояс верхних конечностей соединяется с туловищем только в области грудино-ключичного сустава. Укреплен он мышцами туловища: 1) трапециевидной мышцей; 2) малой грудной мышцей; 3) ромбовидной мышцей; 4) передней зубчатой мышцей; 5) мышцей, поднимающей лопатку.

XIV. Мышцы пояса конечностей приводят в движение верхнюю конечность в плечевом суставе. Самой важной среди них является дельтовидная мышца. При сокращении эта мышца сгибает руку в плечевом суставе и отводит руки до горизонтального положения.

XV. В области плеча спереди находится группа мышц-сгибателей, сзади – мышц-разгибателей. Среди мышц передней группы различаются двуглавая мышца плеча, задней – трехглавая мышца плеча.

XVI. Мышцы предплечья на передней поверхности представлены сгибателями, на задней – разгибателями.

XVII. Среди мышц кисти выделяют: 1) длинную ладонную мышцу; 2) сгибатели пальцев.

XVIII. Мышцы, находящиеся в области пояса нижних конечностей, приводят в движение ногу в тазобедренном суставе, а также позвоночный столб. Передняя группа мышц представлена одной крупной мышцей – подвздошно-поясничной. К задненаружной группе мышц тазового пояса относятся: 1) большая мышца; 2) средняя ягодичная мышца; 3) малая ягодичная мышца.

XIX. Ноги имеют более массивный скелет, чем руки. Их мускулатура обладает большей силой, но меньшим разнообразием и ограниченным размахом движений.

На бедре спереди находится самая длинная в человеческом теле (до 50 см) портняжная мышца. Она сгибает ногу в тазобедренном и коленном суставах.

Четырехглавая мышца бедра лежит глубже портняжной мышцы, при этом она облегает бедренную кость почти со всех сторон. Основная функция этой мышцы – разгибание коленного сустава. При стоянии четырехглавая мышца не дает коленному суставу сгибаться.

На задней поверхности голени располагается икроножная мышца, которая сгибает голень, сгибает и несколько вращает наружу стопу.

3.4. Роль мышечных движений в развитии организма

Исследования показали, что уже с первых лет жизни движения ребенка играют значительную роль в функционировании речи. Доказано, что формирование речи во взаимодействии с двигательным анализатором идет особенно успешно.

Физическое воспитание, состоящее в укреплении здоровья и физическом совершенствовании детей, существенно отражается и на развитии мышления, внимания и памяти. В этом заключается не просто биологический смысл: происходит расширение возможностей человека в восприятии, переработке и использовании информации, усвоении знаний, разностороннем изучении окружающей природы и самого себя.

Физические упражнения совершенствуют мышечную систему и вегетативные функции (дыхание, кровообращение и др.), без которых невозможно выполнение мышечной работы. Кроме того, упражнения стимулируют функции центральной нервной системы.

Однако физические упражнения являются ведущим, но не единственным фактором, влияющим на организм в ходе физического воспитания. Очень важно помнить об общем рациональном режиме, правильной организации питания и сна. Большое значение имеет закаливание и т. д.

Возрастные закономерности развития моторики. Возрастной физиологией собран огромный фактический материал о возрастных закономерностях развития моторики детей и подростков.

Самые значительные изменения двигательной функции наблюдаются в младшем школьном возрасте. В соответствии с морфологическими данными нервные структуры двигательного аппарата ребенка (спинной мозг, проводящие пути) созревают на самых ранних этапах онтогенеза. В отношении центральных структур двигательного анализатора установлено, что их морфологическое дозревание происходит в возрасте от 7 до 12 лет. Кроме того, к этому времени достигают полного развития чувствительные и двигательные окончания мышечного аппарата. Развитие же самих мышц и их рост продолжаются до 25–30 лет, чем и объясняется постепенное повышение абсолютной силы мышц.

Таким образом, можно сказать, что основные задачи школьного физического воспитания нужно успеть максимально полно решить за первые восемь лет обучения детей в школе, иначе будут упущены самые продуктивные возрастные периоды для развития двигательных возможностей детей.

Период 7-11 лет. Исследования показывают, что школьники в этот период обладают относительно низкими показателями мышечной силы. Силовые и особенно статические упражнения вызывают у них быстрое утомление. Дети младшего школьного возраста более приспособлены к кратковременным скоростно-силовым упражнениям, однако их следует постепенно приучать к сохранению статических поз, что положительно влияет на осанку.

Период 14–17 лет. Этот период характеризуется наиболее интенсивным ростом мышечной силы у мальчиков. У девочек рост мышечной силы начинается несколько раньше. Наиболее ярко эта разница в динамике развития мышечной силы проявляется в 11–12 лет. Максимальный прирост относительной силы, т. е. силы на килограмм массы, наблюдается до 13–14 лет. Причем к этому возрасту показатели относительной силы мышц мальчиков значительно превосходят соответствующие показатели у девочек.

Выносливость. Наблюдения показывают, что дети 7-11 лет имеют невысокий показатель выносливости к динамической работе, однако с 11–12 лет мальчики и девочки становятся более выносливыми. К 14 годам мышечная выносливость составляет 50–70 %, а к 16 годам – около 80 % выносливости взрослого человека.

Довольно интересно, что между выносливостью к статическим нагрузкам и мышечной силой взаимосвязи нет. Вместе с тем уровень выносливости зависит, например, от степени полового созревания. Опыт показывает, что хорошим средством развития выносливости являются ходьба, медленный бег, передвижение на лыжах.

Временем, когда с помощью средств физического воспитания можно поднять уровень двигательных качеств, является подростковый период. Однако следует помнить, что этот период совпадает с биологическими перестройками организма, связанными с половым созреванием. Поэтому от педагога требуется исключительное внимание к правильному планированию физических нагрузок.

Планирование физической нагрузки. В 7-11 лет происходит интенсивное развитие быстроты движений (частоты, скорости движений, времени реакции и т. д.), поэтому в подростковом возрасте школьники очень хорошо приспосабливаются к скоростным нагрузкам, что выражается в высоких показателях в беге, плавании, т. е. там, где скорость и реакция движений имеют первостепенное значение. Также в этот период наблюдается большая подвижность позвоночного столба, высокая эластичность связочного аппарата. Все эти морфофункциональные предпосылки имеют значение для развития такого качества, как гибкость (отметим, что к 13–15 годам этот показатель достигает максимума).

В 7-10 лет ускоренными темпами развивается ловкость движений. В этом возрасте у детей еще недостаточно совершенен механизм регуляции движений, тем не менее они успешно овладевают основными элементами таких сложных действий, как плавание, катание на коньках, езда на велосипеде и др. При этом дети-дошкольники и младшие школьники труднее приобретают навыки, связанные с точностью движений рук, воспроизведением заданных усилий. Эти параметры достигают сравнительно высокого уровня развития к подростковому возрасту.

К 12–14 годам повышается меткость бросков, метания в цель, точности прыжков. В то же время, по некоторым данным, наблюдается ухудшение координации движений у подростков, связанное с морфофункциональными изменениями в период полового созревания.

Можно сказать, что подростковый возраст имеет большой потенциал для совершенствования двигательного аппарата. Подтверждением тому являются достижения подростков в художественной и спортивной гимнастике, фигурном катании, других видах спорта. Однако при организации физического воспитания в старших классах нужно учитывать, что процесс формирования организма у 16-17-летних школьников еще не завершен, поэтому для тех, кто систематически не занимается спортом, нужно дозировать нагрузки, связанные с проявлением максимальной силы и выносливости. Данные факты, свидетельствующие о гетерохронном развитии двигательных качеств, следует учитывать и стремиться к гармоническому развитию разных сторон моторики детей, подростков и молодежи.

Кроме того, развитие моторики варьируется в достаточно широких пределах у детей одного возраста. Поэтому физическое воспитание должно учитывать функциональные возможности каждого ребенка, не забывая при этом о возрастных особенностях. Ребенка нужно учить умениям и навыкам, для достижения которых у него уже имеются морфофункциональные предпосылки.

Нормирование двигательной активности. Нормирование объема двигательной активности на разных этапах онтогенеза – еще одна важная проблема физического воспитания в школе. Разумеется, чем больше ребенок ежедневно двигается, тем лучше для развития его двигательных функций. Дошкольник находится в движении почти непрерывно, кроме периодов, отводимых на сон и еду. После поступления в школу двигательная активность детей сокращается вдвое. За счет самостоятельной двигательной активности учащихся I–III классов реализуется уже только 50 % оптимального числа движений. Поэтому в этом возрасте так важны организованные формы занятий физическими упражнениями.

В то же время даже у здоровых, правильно развивающихся школьников только спонтанная двигательная активность и уроки физкультуры не могут обеспечить нужного суточного объема движений. Урок физкультуры компенсирует в среднем 11 % необходимого суточного числа движений. Суммарно утренняя гимнастика, гимнастика перед началом уроков в школе, физкультурные паузы на уроках, подвижные игры на переменах, прогулки с играми после уроков составляют до 60 % необходимого суточного объема движений для детей 7-11 лет.

Исследованиями НИИ физиологии детей и подростков АПН (ныне – Институт возрастной физиологии РАО) доказано, что 5–6 ч занятий физическими упражнениями в неделю (два урока физкультуры, ежедневные физкультурно-оздоровительные формы работы, занятия в спортивной секции) способствуют благоприятному физическому развитию, улучшению общей физиологической и иммунной реактивности организма и являются средней оптимальной и необходимой нормой. Установлено, что ежедневные 15-20-минутные подвижные игры для детей I–II классов после третьего урока в 3–4 раза повышают умственную работоспособность.

Для подростков необходим активный отдых после третьего или четвертого урока, а также перед приготовлением домашних заданий, в то время как занятия физкультурой или подвижный отдых после пятого или шестого урока приводят к ухудшению показателей работоспособности и угнетению фагоцитарной активности лейкоцитов крови.

Значение физической культуры для развития двигательного аппарата. Скелетные мышцы влияют на течение обменных процессов и функционирование внутренних органов: дыхательные движения осуществляются мышцами груди и диафрагмой, а мышцы брюшного пресса нормализуют деятельность органов брюшной полости, кровообращения и дыхания. Мощность и величина мышц непосредственно зависят от упражнений и тренировки. Это связано с тем, что в процессе работы усиливается кровоснабжение мышц, улучшается регуляция их деятельности нервной системой, что ведет к росту мышечных волокон, т. е. увеличению массы мускулатуры. Результат тренировки мышечной системы – способность к физической работе, выносливость.

Увеличение двигательной активности детей и подростков ведет к изменениям в костной системе и более интенсивному росту их тела. Тренировка укрепляет кости и делает их более устойчивыми к нагрузкам и травмам. Не менее важно и то, что спорт, физические упражнения, учитывающие возрастные особенности детей и подростков, устраняют нарушения осанки.

Разносторонняя мышечная деятельность способствует повышению работоспособности организма, при этом уменьшаются энергетические затраты организма на выполнение работы. Систематические физические нагрузки формируют более совершенный механизм дыхательных движений. Это выражается в увеличении глубины дыхания, жизненной емкости легких. При мышечной работе легочная вентиляция может доходить до 120 л/мин. Углубленное дыхание тренированных людей лучше насыщает кровь кислородом. Более эластичными становятся кровеносные сосуды в процессе тренировки, что улучшает условия передвижения крови.

Если человек недостаточно двигается по роду своей работы, не занимается спортом, то в среднем и пожилом возрасте эластичность и сократительная способность его мышц снижаются. Это ведет к ряду неприятных последствий: его мышцы становятся дряблыми; в результате слабости мышц брюшного пресса происходит опущение внутренних органов и нарушается функция желудочно-кишечного тракта; слабость мышц спины вызывает изменение осанки, постепенно развивается сутулость, нарушается координация движений.

Таким образом, благоприятный эффект, оказываемый физическими упражнениями на формирование здорового, сильного, выносливого человека с правильным телосложением и гармонично развитой мускулатурой, очевиден.

3.5. Особенности роста костей черепа

Череп – это скелет головы. В соответствии с особенностями развития, строения и функций различают два отдела черепа: мозговой и лицевой (висцеральный). Мозговой отдел черепа образует полость, внутри которой располагается головной мозг. Лицевой отдел формирует костную основу дыхательного аппарата и пищеварительного канала.

Мозговой отдел черепа состоит из крыши (или свода черепа) и основания. Теменная кость свода черепа представляет собой четырехугольную пластинку с четырьмя зубчатыми краями. Две теменные кости, соединенные швами, образуют теменной бугор. Спереди от теменных костей лежит лобная кость, большая часть которой представлена чешуей.

Выпуклую часть лицевого отдела черепа образуют лобные бугры, ниже которых расположены кости, формирующие стенки глазниц. Между глазницами находится носовая часть, примыкающая к носовым костям, ниже которых расположены ячейки решетчатой кости.

Сзади теменных костей расположена затылочная кость, благодаря которой образуется основание черепа и череп соединяется с позвоночником. По бокам крыши черепа находятся две височные кости, также участвующие в образовании основания черепа. В каждой из них содержатся соответствующие отделы органа слуха и вестибулярного аппарата. В основании черепа располагается клиновидная кость.

Кости основания черепа, развившиеся из хряща, соединяются хрящевой тканью, которая с возрастом заменяется костной тканью. Кости крыши, развившиеся из соединительной ткани, соединяются соединительно-тканными швами, которые к старости становятся костными. Это относится и к лицевому отделу черепа.

Лицевой отдел черепа составляют верхняя челюсть, скуловые, слезные, решетчатые, небные, носовые кости, нижняя носовая раковина, сошник, нижняя челюсть и подъязычная кость.

Возрастные особенности черепа. Мозговой и лицевой отделы черепа образуются из мезенхимы. Кости черепа развиваются первичным и вторичным путем (см. 3.1). Череп детей существенно отличается от черепа взрослых его величиной по сравнению с размерами тела, строением и пропорциями отдельных частей тела. У новорожденного мозговой отдел черепа в шесть раз больше лицевого, у взрослого – в 2,5 раза. Иначе говоря, у новорожденного лицевой отдел черепа относительно меньше мозгового отдела. С возрастом эти различия исчезают. Более того, изменяется не только форма черепа и составляющих его костей, но и количество костей черепа.

От рождения и до 7 лет череп растет неравномерно. В росте черепа установлены три волны ускорения: 1) до 3–4 лет; 2) с 6 до 8 лет; 3) с 11 до 15 лет.

Наиболее быстрый рост черепа происходит на первом году жизни. Затылочная кость выпячивается и вместе с теменными костями растет особенно быстро. Соотношение объема черепа ребенка и взрослого человека выглядит следующим образом: у новорожденного объем черепа равен одной трети объема взрослого; в 6 месяцев – одной второй; в 2 года – двум третям.

В течение первого года жизни толщина стенок черепа увеличивается в три раза. На первом-втором году жизни роднички (участки соединительной ткани) закрываются и замещаются костными швами: затылочный – на втором месяце; клиновидный – на втором-третьем месяце; сосцевидный – в конце первого или начале второго года; лобный – на втором году жизни. К 1,5 годам роднички полностью зарастают, и к четырем годам образуются черепные швы.

В возрасте от 3 до 7 лет основание черепа вместе с затылочной костью растет быстрее, чем свод. В 6–7 лет полностью срастается лобная кость. К 7 годам основание черепа и затылочное отверстие достигают относительно постоянной величины, происходит резкое замедление в развитии черепа. С 7 до 13 лет рост основания черепа еще больше замедляется.

В 6–7 и в 11–13 лет рост костей свода черепа немного усиливается, а к 10 годам в основном заканчивается. Емкость черепа к 10 годам составляет 1300 куб. см (для сравнения: у взрослого – 1500–1700 куб. см).

С 13 до 14 лет интенсивно растет лобная кость, преобладает развитие лицевого отдела черепа во всех направлениях, складываются характерные черты физиономии.

В 18–20 лет заканчивается образование синостоза между телами затылочной и клиновидной костей. В результате прекращается рост основания черепа в длину. Полное слияние костей черепа происходит в зрелом возрасте, однако развитие черепа продолжается. После 30 лет швы черепа постепенно становятся костными.

Развитие нижней челюсти находится в непосредственной зависимости от работы жевательных мышц и состояния зубов. В ее росте наблюдаются две волны ускорения: 1) до 3 лет; 2) с 8 до 11 лет.

Размеры головы у школьников увеличиваются очень медленно. Во всех возрастах у мальчиков средняя окружность головы больше, чем у девочек. Самый большой прирост головы отмечается в возрасте с 11 до 17 лет, т. е. в период полового созревания (у девочек – к 13–14 годам, а у мальчиков – к 13–15).

Соотношение окружности головы и роста с возрастом уменьшается. Если в 9-10 лет окружность головы равна в среднем 52 см, то в 17–18 лет – 55 см. У мужчин емкость полости черепа примерно на 100 куб. см больше, чем у женщин.

Имеются и индивидуальные особенности черепа. К ним относятся две крайние формы развития черепа: длинноголовая и короткоголовая.

3.6. Рост позвоночника. Позвоночник взрослого и ребенка

Позвоночник составляют 24 свободных позвонка (7 шейных, 12 грудных и 5 поясничных) и 9-10 несвободных (5 крестцовых и 4–5 копчиковых). Свободные позвонки, сочленяемые между собой, соединены связками, между которыми находятся эластичные межпозвоночные диски из волокнистого хряща. Крестцовые и копчиковые позвонки сращены и образуют крестец и копчик. Позвонки развиваются из хрящевой ткани, толщина которой с возрастом уменьшается.

Различают четыре этапа развития эпифизов позвонков: до 8 лет – хрящевой эпифиз; от 9 до 13 лет – обызвествление эпифиза; от 14 до 17 лет – костный эпифиз; после 17 лет – слияние эпифиза с телом позвонка.

С 3 до 15 лет размеры нижних поясничных позвонков увеличиваются больше, чем верхних грудных. Это обусловлено увеличением веса тела, его давлением на нижерасположенные позвонки.

С 3 лет позвонки одинаково растут и в высоту, и в ширину; с 5–7 лет – больше в высоту.

В 6–8 лет образуются центры окостенения в верхней и нижней поверхностях тел позвонков и в концах остистых и поперечных отростков. До 5 лет спинно-мозговой канал развивается особенно быстро. Так как тела позвонков растут быстрее дужек, то емкость канала относительно уменьшается, что соответствует уменьшению относительных размеров спинного мозга.

К 10 годам завершается развитие спинно-мозгового канала, однако структура тела позвонков продолжает развиваться и у детей старшего школьного возраста.

К 25 годам заканчивается окостенение шейных, грудных и поясничных позвонков, к 20 годам – крестцовых, к 30 годам – копчиковых позвонков.

Длина позвоночника особенно резко увеличивается в течение первого и второго годов жизни, затем рост позвоночника замедляется и снова ускоряется с 7 до 9 лет (у девочек больше, чем у мальчиков). С 9 до 14 лет прирост длины позвоночника у мальчиков и девочек замедляется в несколько раз, а с 14 до 20 лет еще больше.

У юношей рост позвоночника заканчивается после 20 лет, у девушек он растет до 18 лет, т. е. рост позвоночника у женщин прекращается раньше, чем у мужчин. Средняя длина позвоночника у мужчин составляет 70–73 см, у женщин – 66–69 см. К концу полового созревания рост длины позвоночника почти завершается (приблизительно равна 40 % длины тела).

Подвижность позвоночника зависит от высоты межпозвоночных хрящевых дисков и их упругости, а также от фронтального и сагиттального размера тел позвонков. У взрослого общая высота межпозвоночных дисков равна одной четвертой высоты подвижной части позвоночника. Чем выше межпозвоночные диски, тем больше подвижность позвоночника. Высота дисков в поясничном отделе составляет одну третью высоты тела смежного позвонка, в верхней и нижней части грудного отдела – одну пятую, в средней его части – одну шестую, в шейном отделе – одну четвертую, поэтому в шейном и поясничном отделах позвоночник имеет наибольшую подвижность.

К 17–25 годам в результате замещения межпозвоночных дисков костной тканью позвоночник становится неподвижным в крестцовом отделе.

Сгибание позвоночника больше его разгибания. Наибольшее сгибание позвоночника происходит в шейном отделе (70°), меньше – в поясничном, наименьшее – в грудном отделе. Наклоны в сторону наибольшие между грудным и поясничным отделами (100°). Наибольшее круговое движение наблюдается в шейном отделе позвоночника (75°), оно практически невозможно в поясничном отделе (5°). Таким образом, наиболее подвижен шейный отдел позвоночника, меньше – поясничный и наименее подвижен грудной, потому что его движения тормозят ребра.

Подвижность позвоночника у детей, особенно 7–9 лет, гораздо больше, чем у взрослых. Это зависит от относительно большей величины межпозвоночных дисков и их большей упругости. Развитие межпозвоночных дисков происходит долго и заканчивается к 17–20 годам.

Физиологические изгибы позвоночника. После рождения позвоночник приобретает четыре физиологических изгиба. В 6–7 недель с подниманием головы у ребенка происходит изгиб кпереди (лордоз) в шейном отделе. В 6 месяцев в результате сидения образуются изгибы кзади (кифозы) в грудном и крестцовом отделах. В 1 год с началом стояния формируется лордоз в поясничном отделе. Первоначально эти физиологические изгибы позвоночника удерживаются мускулатурой, а затем связочным аппаратом, хрящами и костями позвонков.

К 3–4 годам изгибы позвоночника постепенно увеличиваются в результате стояния, ходьбы, под действием силы тяжести и работы мышц. К 7 годам окончательно образуются шейный лордоз и грудной кифоз; к 12 годам – поясничный лордоз, который окончательно формируется к периоду половой зрелости. Поднятие чрезмерных тяжестей увеличивает поясничный лордоз.

У взрослых физиологические изгибы позвоночника распределяются следующим образом.

1. Шейный изгиб: умеренный лордоз, образуемый всеми шейными и верхними грудными позвонками; наибольшая выпуклость приходится на пятый-шестой шейные позвонки.

2. Сильный грудной кифоз, наибольшая выпуклость приходится на шестой-седьмой грудные позвонки.

3. Сильный поясничный лордоз, образованный последними грудными и всеми поясничными позвонками.

4. Сильный крестцово-копчиковый кифоз.

Благодаря пружинному движению позвоночника может изменяться величина его изгибов. В результате изменения изгибов позвоночника и высоты межпозвоночных дисков изменяется и длина позвоночника: с возрастом и в течение дня. В течение суток рост человека колеблется в пределах 1 см, а иногда и 2–2,5 см и даже 4–6 см. В положении лежа длина тела человека больше на 2–3 см, чем в положении стоя.

3.7. Развитие грудной клетки

Грудную клетку составляют 12 пар ребер. Истинные ребра (первая – седьмая пары) с помощью хрящей соединяются с грудиной, из остальных пяти ложных ребер хрящевые концы восьмой, девятой и десятой пар соединяются с хрящом вышележащего ребра, а одиннадцатая и двенадцатая пары не имеют реберных хрящей и обладают наибольшей подвижностью, так как оканчиваются свободно. Вторая – седьмая пары ребер соединены с грудиной небольшими суставами.

С позвонками ребра соединяются суставами, которые при поднятии грудной клетки определяют движение верхних ребер в основном вперед, а нижних – в стороны.

Грудина является непарной костью, в которой различаются три части: рукоятка, тело и мечевидный отросток. Рукоятка грудины сочленяется с ключицей при помощи сустава, содержащего внутрихрящевой диск (по характеру движений он приближается к шаровидным сочленениям).

Форма грудной клетки зависит от возраста и пола. Кроме того, форма грудной клетки изменяется из-за перераспределения силы тяжести тела при стоянии и ходьбе в зависимости от развития мускулатуры плечевого пояса.

Возрастные изменения в формировании грудной клетки. Ребра развиваются из мезенхимы, преобразующейся в хрящ на втором месяце утробной жизни. Их окостенение начинается на пятой – восьмой неделе, а грудины – на шестом месяце. Ядра окостенения в головке и бугорке появляются в верхних десяти ребрах в 5–6 лет, а в последних двух ребрах – в 15 лет. Слияние частей ребра заканчивается к 18–25 годам.

До 1–2 лет ребро состоит из губчатого вещества. С 3–4 лет компактный слой развивается в середине ребра. С 7 лет компактный слой разрастается по всему ребру. С 10 лет компактный слой продолжает увеличиваться в области угла. К 20 годам завершается окостенение ребер.

В мечевидном отростке ядро окостенения появляется в 6-12 лет. В 15–16 лет срастаются нижние отрезки тела грудины. В 25 лет мечевидный отросток срастается с телом грудины.

Грудина развивается из множества парных точек окостенения, которые чрезвычайно медленно сливаются. Окостенение рукоятки и тела грудины заканчивается к 21–25 годам, мечевидного отростка – к 30 годам. Слияние трех частей грудины в одну кость происходит гораздо позднее, причем далеко не у всех людей. Таким образом, грудина формируется и развивается позже всех других костей скелета.

Форма грудной клетки. У людей встречаются две крайние формы грудной клетки: длинная узкая и короткая широкая. Им соответствуют и формы грудины. Среди основных форм грудной клетки различают коническую, цилиндрическую и плоскую форму.

Форма грудной клетки существенно изменяется с возрастом. После рождения и в первые несколько лет жизни грудная клетка имеет форму конуса с обращенным вниз основанием. С возраста 2,5–3 лет рост грудной клетки идет параллельно росту тела, в связи с этим ее длина соответствует грудному отделу позвоночника. Затем рост тела ускоряется, а грудная клетка становится относительно короче. В первые три года наблюдается увеличение окружности грудной клетки, что приводит к преобладанию в верхней части грудной клетки поперечного диаметра.

Постепенно грудная клетка изменяет конусообразную форму и приближается к таковой у взрослого человека, т. е. приобретает форму конуса с основанием, обращенным кверху. Окончательную форму грудная клетка приобретает к 12–13 годам, но имеет меньшие размеры, чем у взрослых.

Половые различия в форме и окружности грудной клетки. Половые различия в форме грудной клетки проявляются примерно с 15 лет. С этого возраста начинается интенсивное увеличение сагиттального размера грудной клетки. У девочек во время вдоха резко поднимаются верхние ребра, у мальчиков – нижние.

В росте окружности грудной клетки также наблюдаются половые различия. У мальчиков окружность грудной клетки с 8 до 10 лет увеличивается на 1–2 см в год, к периоду полового созревания (с 11 лет) – на 2–5 см. У девочек до 7–8 лет величина окружности грудной клетки превосходит половину величины их роста. У мальчиков такое соотношение наблюдается до 9-10 лет, с этого возраста половина величины роста становится больше размера окружности грудной клетки. С 11 лет у мальчиков ее прирост меньше, чем у девочек.

Превышение половины роста над окружностью грудной клетки зависит от скорости роста тела, которая больше скорости роста окружности грудной клетки. Рост окружности грудной клетки уступает и прибавлению веса тела, поэтому отношение веса тела к окружности грудной клетки с возрастом постепенно уменьшается. Быстрее всего окружность грудной клетки растет в период полового созревания и в летне-осенний период. Нормальное питание, хорошие гигиенические условия и физические упражнения оказывают главенствующее влияние на рост окружности грудной клетки.

Параметры развития грудной клетки зависят от развития скелетных мышц: чем больше развита скелетная мускулатура, тем больше развита грудная клетка. При благоприятных условиях окружность грудной клетки у детей 12–15 лет больше на 7–8 см, чем при неблагоприятных. В первом случае окружность груди сравняется с половиной роста в среднем к 15 годам, а не к 20–21 году, как у детей, находившихся в неблагоприятных условиях жизни.

Неправильная посадка детей за партой может повлечь деформацию грудной клетки и, как следствие, нарушение развития сердца, крупных сосудов и легких.

3.8. Особенности развития таза и нижних конечностей. Скелет нижних конечностей

Тазовый пояс состоит из лобковой, подвздошной и седалищной костей, которые закладываются самостоятельно и с возрастом сливаются, образуя таз, соединенный сзади с крестцовым отделом позвоночника. Таз служит опорой для внутренних органов и ног. Благодаря подвижности поясничного отдела позвоночника таз увеличивает амплитуду движений ноги.

Скелет ноги состоит из бедренной кости (скелет бедра), из большой берцовой и малой берцовой костей (скелет голени) и из костей стопы.

Предплюсну составляют таранная, пяточная, ладьевидная, кубовидная и три клиновидные кости. Плюсну образуют пять плюсневых костей. Пальцы стопы состоят из фаланг: две фаланги в первом пальце и по три фаланги в остальных пальцах. Сесамовидные косточки расположены, как и в руке, но значительно лучше выражены. Самой крупной сесамовидной костью скелета ноги является надколенная чашка, находящаяся внутри сухожилия четырехглавой мышцы бедра. Она увеличивает плечо силы этой мышцы и защищает коленный сустав спереди.

Развитие костей таза. Наиболее интенсивный рост костей таза наблюдается в первые три года жизни. В процессе сращения костей таза можно выделить несколько этапов: 5–6 лет (начало сращения); 7–8 лет (срастаются лобковая и седалищная кости); 14–16 лет (кости таза уже почти сращены); 20–25 лет (конец полного сращения).

Эти сроки необходимо учитывать при трудовых движениях и физических упражнениях (особенно для девочек). При резких прыжках с большой высоты и при ношении обуви на высоких каблуках несросшиеся кости таза смещаются, что приводит к неправильному их сращению и сужению выхода из полости малого таза, приводящему к затруднению родов. Нарушение сращения также вызывают чрезмерное неправильное сидение или стояние, переноска больших тяжестей, особенно при неравномерном распределении нагрузки.

Размеры таза у мужчин меньше, чем у женщин. Различают верхний (большой) таз и нижний (малый) таз. Поперечный размер входа в малый таз у девочек изменяется скачкообразно в несколько этапов: в 8-10 лет (очень быстро увеличивается); в 10–12 лет (наблюдается некоторое замедление его прироста); с 12 до 14–15 лет (прирост снова увеличивается). Переднезадний размер увеличивается более постепенно; с 9 лет он меньше поперечного. У мальчиков оба размера таза увеличиваются равномерно.

Развитие костей нижних конечностей. К моменту рождения бедренная кость состоит из хряща, костным является только диафиз. Синостозирование в длинных костях заканчивается в возрасте от 18 до 24 лет. Коленная чашка приобретает форму, характерную для взрослого, к 10 годам.

Развитие костей предплюсны происходит гораздо раньше костей запястья, ядра окостенения в них (в пяточной, таранной и кубовидной костях) появляются еще в утробном периоде. В клиновидных костях они возникают в 1-3-4 года, в ладьевидной – в 4,5 года. В 12–16 лет заканчивается окостенение пяточной кости.

Кости плюсны окостеневают позже костей предплюсны, в возрасте 3–6 лет. Окостенение фаланг стопы происходит на третьем-четвертом году жизни. Окончательное окостенение костей ног происходит: бедренной, большеберцовой и малоберцовой – к 20–24 годам; плюсневых – к 17–21 у мужчин и к 14–19 у женщин; фаланг – к 15–21 у мужчин и к 13–17 годам у женщин.

С 7 лет ноги растут быстрее у мальчиков. Наибольшее отношение длины ноги к туловищу достигается у мальчиков к 15 годам, у девочек – к 13 годам.

Стопа человека образует свод, который опирается на пяточную кость и передние концы плюсневых костей. Общий свод стопы составляют продольный и поперечный своды. Формирование свода стопы у людей произошло как результат прямохождения.

Для формирования свода стопы большое значение имеет развитие мышц ног, в частности тех из них, которые удерживают продольный и поперечный своды. Свод позволяет равномерно распределять тяжесть тела, действует, как пружина, смягчая сотрясение и толчки тела во время ходьбы. Он защищает от давления мышцы, сосуды и нервы подошвенной поверхности. Сглаживание свода (плоскостопие) развивается при длительном стоянии, переноске больших тяжестей, при ношении узкой обуви. Плоскостопие приводит к нарушениям осанки, механики ходьбы.

3.9. Развитие костей верхних конечностей

К скелету верхних конечностей относятся плечевой пояс и скелет руки. Плечевой пояс состоит из лопатки и ключицы, скелет руки – из плеча, предплечья и кисти. Кисть делится на запястье, пясть и пальцы.

Лопатка – это плоская кость треугольной формы, расположенная на спине. Ключица – трубчатая кость, один конец которой сочленяется с грудиной и ребрами, а другой – с лопаткой. Реберно-ключичный сустав появляется у детей с 11–12 лет; наибольшего развития он достигает у взрослых.

Скелет руки состоит из плечевой кости (скелет плеча), из локтевой и лучевой костей (скелет предплечья) и из костей кисти.

Запястье состоит из восьми мелких костей, расположенных в два ряда, образующих желоб на ладони и выпуклость на ее тыльной поверхности.

Пясть состоит из пяти небольших трубчатых костей, из которых самая короткая и толстая – кость большого пальца, самая длинная – вторая кость, а каждая из следующих костей меньше предыдущей. Исключение составляет большой (первый) палец, состоящий из двух фаланг. В остальных четырех пальцах по три фаланги. Самая большая фаланга проксимальная, меньше – средняя, наименьшая – дистальная.

На ладонной поверхности присутствуют постоянные сесамовидные косточки – внутри сухожилий между пястной костью большого пальца и его проксимальной фалангой и непостоянные – между пястной костью и проксимальной фалангой второго и пятого пальцев. Гороховидная кость запястья также относится к сесамовидным костям.

Суставы запястья, пясти и пальцев укреплены мощным связочным аппаратом.

Возрастные особенности развития верхних конечностей. У новорожденного ключица почти полностью костная, образование ядра окостенения в грудинном ее отделе происходит в 16–18 лет, слияние с ее телом – в 20–25 лет. Срастание ядра окостенения клювовидного отростка с телом лопатки происходит в 16–17 лет. Синестозирование акромиального отростка с ее телом заканчивается в 18–25 лет.

Все длинные кости у новорожденного, такие как плечевая, лучевая, локтевая, имеют хрящевые эпифизы и костные диафизы. Костей в запястье нет, и окостенение хрящей начинается: на первом году жизни – в головчатой и крючковидной костях; в 2–3 года – в трехгранной кости; в 3–4 года – в полулунной кости; в 4–5 лет – в ладьевидной кости; в 4–6 лет – в многоугольной большой кости; в 7-15 лет – в гороховидной кости.

Сесамовидные кости в первом пястно-фаланговом суставе появляются в 12–15 лет. В 15–18 лет нижний эпифиз плечевой кости сливается с ее телом, а верхние эпифизы сливаются с телами костей предплечья. На третьем году жизни происходит окостенение проксимальных и дистальных эпифизов фаланг. «Костный возраст» определяют центры окостенения кисти.

Окостенение костей верхних конечностей заканчивается: в 20–25 лет – в ключице, лопатке и в плечевой кости; в 21–25 лет – в лучевой кости; в 21–24 года – в локтевой кости; в 10–13 лет – в костях запястья; в 12 лет – в пястье; в 9-11 лет – в фалангах пальцев.

Окостенение заканчивается у мужчин в среднем на два года позже, чем у женщин. Обнаружить последние центры окостенения можно в ключице и лопатке в 18–20 лет, в плечевой кости – в 12–14 лет, в лучевой кости – в 5–7 лет, в локтевой кости – в 7–8 лет, в пястных костях и фалангах пальцев – в 2–3 года. Окостенение сесамовидных костей обычно начинается в период полового созревания: у мальчиков – в 13–14 лет, у девочек – в 12–13. Начало слияния частей первой пястной кости говорит о начале полового созревания.

3.10. Влияние мебели на осанку. Гигиенические требования к оборудованию школы

Школьная мебель должна соответствовать возрастным изменениям роста и пропорций тела детей, исключать возможность повреждения тела и легко поддерживаться в чистоте.

Парта. Это основной вид школьной мебели. Подбор парты, соответствующей росту ребенка, и правильная посадка являются профилактикой нарушений осанки и зрения. Нормативами утверждено пять номеров столов по росту учеников (в см): А – 115–130, Б – 130–145, В – 145–160, Г – 160–175, Д – 175–190.

Для нормальных условий зрения при чтении и письме наклон крышки стола парты должен составлять 14–15°. На крышке стола парты должна свободно размещаться книга или тетрадь под углом 25° к ее краю.

Стул. Спинка стула обеспечивает дополнительную точку опоры тела в пояснично-крестцовой области. Изгиб спинки стула должен быть на уровне поясничного изгиба позвоночника и соответствовать ему по высоте.

Дистанцией спинки стула называется расстояние от края крышки стола до спинки стула. Для правильного расчета дистанции необходимо к диаметру туловища школьника прибавить 3–5 см.

Переднезадний размер сиденья стула должен соответствовать 2/3-3/4 бедра, высота стула над полом – длине голени до подколенной впадины с прибавлением 2 см и с учетом высоты каблука.

Дистанцией сиденья называется расстояние от края крышки стола до переднего края сиденья. Рекомендуется отрицательная дистанция, при которой передний край сиденья заходит на 2–3 см за край крышки стола, так как она исключает искривления позвоночника и нарушение зрения.

Разница между высотой края крышки стола и высотой сиденья называется дифференцией парты. Она должна равняться расстоянию от сиденья до локтя руки, прижатой к туловищу, с прибавлением 2–2,5 см.

Наиболее рациональные соотношения роста детей и рабочего места при росте 110–119 см составляют: высота стола – 51 см, высота сиденья – 30 см, глубина сиденья – 24–25 см. На каждые 10 см увеличения роста соответствующие размеры повышаются на 4, 3 и 2 см соответственно, начиная с роста 150–159 см глубина сиденья увеличивается на 4 см.

Правильная посадка за партой: прямое положение туловища с незначительным наклоном головы вперед, опора на спинку сиденья (без опоры грудью о край крышки парты), ноги согнуты под прямым или несколько большим (100–110°) углом с опорой на пол или подножку парты.

Заметим, что не менее важную роль играет посадка учеников с учетом их физиологических особенностей. Так, школьников с пониженным слухом рекомендуется рассаживать на передних партах, а близоруких – у окон.

Тема 4. РАЗВИТИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА

4.1. Значение и функциональная деятельность элементов нервной системы

Координация физиологических и биохимических процессов в организме происходит посредством регуляторных систем: нервной и гуморальной. Гуморальная регуляция осуществляется через жидкие среды организма – кровь, лимфу, тканевую жидкость, нервная регуляция – посредством нервных импульсов.

Главное назначение нервной системы заключается в обеспечении функционирования организма как единого целого через взаимосвязь между отдельными органами и их системами. Нервная система осуществляет восприятие и анализ разнообразных сигналов из окружающей среды и от внутренних органов.

Нервный механизм регуляции функций организма более совершенен, нежели гуморальный. Это, во-первых, объясняется быстротой распространения возбуждения по нервной системе (до 100–120 м/с), а во-вторых, тем, что нервные импульсы приходят непосредственно к определенным органам. Однако следует иметь в виду, что вся полнота и тонкость приспособления организма к окружающей среде осуществляются при взаимодействии и нервных, и гуморальных механизмов регуляции.

Общий план строения нервной системы. В нервной системе по функциональному и структурному принципу выделяют периферическую и центральную нервную систему.

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга. Головной мозг расположен внутри мозгового отдела черепа, а спинной мозг – в позвоночном канале. На разрезе головного и спинного мозга различают участки темного цвета (серое вещество), образованные телами нервных клеток (нейронов), и белого цвета (белое вещество), состоящие из скоплений нервных волокон, покрытых миелиновой оболочкой.

Периферическая часть нервной системы состоит из нервов, например пучков нервных волокон, которые выходят за пределы головного и спинного мозга и направляются к различным органам тела. К ней также относят любые скопления нервных клеток вне спинного и головного мозга, такие как нервные узлы, или ганглии.

Нейрон (от греч. neuron – нерв) – основная структурная и функциональная единица нервной системы. Нейрон – это сложно устроенная высокодифференцированная клетка нервной системы, функцией которой является восприятие раздражения, переработка раздражения и передача его к различным органам тела. Нейрон состоит из тела клетки, одного длинного маловетвящегося отростка – аксона и нескольких коротких ветвящихся отростков – дендритов.

Аксоны бывают различной длины: от нескольких сантиметров до 1–1,5 м. Конец аксона сильно ветвится, образуя контакты со многими клетками.

Дендриты – короткие сильноветвящиеся отростки. От одной клетки может отходить от 1 до 1000 дендритов.

В различных отделах нервной системы тело нейрона может иметь различную величину (диаметром от 4 до 130 мк) и форму (звездчатую, округлую, многоугольную). Тело нейрона покрыто мембраной и содержит, как и все клетки, цитоплазму, ядро с одним или несколькими ядрышками, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть.

Возбуждение по дендритам передается от рецепторов или других нейронов к телу клетки, а по аксону сигналы поступают к другим нейронам или рабочим органам. Установлено, что от 30 до 50 % нервных волокон передают информацию в центральную нервную систему от рецепторов. На дендритах имеются микроскопических размеров выросты, которые значительно увеличивают поверхность соприкосновения с другими нейронами.

Нервное волокно. За проведение нервных импульсов в организме отвечают нервные волокна. Нервные волокна бывают:

а) миелинизированные (мякотные); чувствительные и двигательные волокна этого типа входят в состав нервов, снабжающих органы чувств и скелетную мускулатуру, а также участвуют в деятельности вегетативной нервной системы;

б) немиелинизированные (безмякотные), принадлежат в основном симпатической нервной системе.

Миелин выполняет изолирующую функцию и имеет слегка желтоватый цвет, поэтому мякотные волокна выглядят светлыми. Миелиновая оболочка в мякотных нервах через промежутки равной длины прерывается, оставляя открытыми участки осевого цилиндра – так называемые перехваты Ранвье.

Безмякотные нервные волокна не имеют миелиновой оболочки, они изолированы друг от друга только шванновскими клетками (миелоцитами).

4.2. Возрастные изменения морфофункциональной организации нейрона

На ранних стадиях эмбрионального развития нервная клетка имеет большое ядро, окруженное незначительным количеством цитоплазмы. В процессе развития относительный объем ядра уменьшается. Рост аксона начинается на третьем месяце внутриутробного развития. Дендриты вырастают позже аксона. Синапсы на дендритах развиваются после рождения.

Рост миелиновой оболочки ведет к повышению скорости проведения возбуждения по нервному волокну, что приводит к повышению возбудимости нейрона.

Процесс миелинизации раньше всего происходит у периферических нервов, далее миелинизации подвергаются волокна спинного мозга, стволовой части головного мозга, мозжечка и позже всех волокна больших полушарий головного мозга. Двигательные нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой уже к моменту рождения. Завершение процесса миелинизации происходит к трехлетнему возрасту, хотя рост миелиновой оболочки и осевого цилиндра продолжается и после 3 лет.

Нервы. Нерв – это скопление нервных волокон, покрытое сверху соединительно-тканной оболочкой. Нерв, передающий возбуждение из центральной нервной системы к иннервируемому органу (эффектору), называют центробежным, или эфферентным. Нерв, передающий возбуждение в направлении центральной нервной системы, называют центростремительным, или афферентным.

Большинство нервов – смешанные, в их состав входят как центростремительные, так и центробежные волокна.

Раздражимость. Раздражимостью называют способность живых систем под влиянием раздражителей переходить из состояния физиологического покоя в состояние активности, т. е. к процессу движения, образования различных химических соединений.

Различают раздражители физические (температура, давление, свет, звук), физико-химические (изменение осмотического давления, активной реакции среды, электролитного состава, коллоидного состояния) и химические (химические вещества пищи, химические соединения, образующиеся в организме, – гормоны, продукты обмена веществ и т. п.).

Естественными раздражителями клеток, вызывающими их деятельность, являются нервные импульсы.

Возбудимость. Клетки нервной ткани, как и клетки мышечной ткани, обладают способностью быстро отвечать на раздражение, поэтому такие клетки получили название возбудимых. Способность клеток отвечать на воздействие внешних и внутренних факторов (раздражителей) называют возбудимостью. Мерой возбудимости является порог раздражения, т. е. та минимальная сила раздражителя, которая вызывает возбуждение.

Возбуждение способно распространяться из одной клетки в другую и перемещаться из одного места клетки в другое.

Возбуждение характеризуется комплексом химических, функциональных, физико-химических, электрических явлений. Обязательным признаком возбуждения является изменение электрического состояния поверхностной клеточной мембраны.

4.3. Свойства импульсов возбуждения в центральной нервной системе. Биоэлектрические явления

Главной причиной возникновения и распространения возбуждения является изменение электрического заряда на поверхности живой клетки, т. е. так называемые биоэлектрические явления.

По обе стороны поверхностной клеточной мембраны в состоянии покоя создается разность потенциалов, равная около -60-(-90) мВ, причем поверхность клетки заряжена электроположительно по отношению к цитоплазме. Эту разность потенциалов называют потенциалом покоя, или мембранным потенциалом. Величина мембранного потенциала для клеток различных тканей различна: чем выше функциональная специализация клетки, тем она больше. Например, для клеток нервной и мышечной тканей она составляет -80-(-90) мВ, для эпителиальной ткани -18-(-20) мВ.

Причиной возникновения биоэлектрических явлений служит избирательная проницаемость клеточной мембраны. Внутри клетки в цитоплазме ионов калия больше в 30–50 раз, чем вне клетки, ионов натрия меньше в 8-10 раз, в 50 раз меньше ионов хлора. В состоянии покоя клеточная мембрана более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия, и ионы калия выходят через поры в мембране наружу. Миграция положительно заряженных ионов калия из клетки сообщает наружной поверхности мембраны положительный заряд. Таким образом, поверхность клетки в покое несет положительный заряд, тогда как внутренняя сторона мембраны оказывается заряженной отрицательно за счет ионов хлора, аминокислот и других органических ионов, которые через мембрану практически не проникают.

Когда участок нервного или мышечного волокна подвергается действию раздражителя, в этом месте возникает возбуждение, проявляющееся в быстром колебании мембранного потенциала, называемого потенциалом действия.

Потенциал действия возникает из-за изменения ионной проницаемости мембраны. Происходит повышение проницаемости мембраны для катионов натрия. Ионы натрия поступают внутрь клетки под действием электростатических сил осмоса, тогда как в покое клеточная мембрана была малопроницаемой для этих ионов. При этом приток положительно заряженных ионов натрия из внешней среды клетки в цитоплазму значительно превышает поток ионов калия из клетки наружу. В результате происходит изменение мембранного потенциала (понижение мембранной разности потенциалов, а также возникновение разности потенциалов противоположного знака – фаза деполяризации). Внутренняя поверхность мембраны стала заряженной положительно, а наружная вследствие потери положительно заряженных ионов натрия – отрицательно, в этот момент регистрируется пик потенциала действия. Потенциал действия возникает в тот момент, когда деполяризация мембраны достигает критического (порогового) уровня.

Повышение проницаемости мембраны для ионов натрия продолжается короткое время. Затем в клетке возникают восстановительные процессы, приводящие к понижению проницаемости мембраны для ионов натрия и возрастанию для ионов калия. Поскольку ионы калия также заряжены положительно, то их выход из клетки восстанавливает исходные отношения потенциалов снаружи и внутри клетки (фаза реполяризации).

Изменение ионного состава внутри клетки и вне ее достигается несколькими путями: активным и пассивным трансмембранным переносом ионов. Пассивный транспорт обеспечивают присутствующие в мембране поры и селективные (избирательные) каналы для ионов (натрия, калия, хлора, кальция). Эти каналы обладают воротной системой и могут быть закрыты или открыты. Активный транспорт осуществляется по принципу натрийкалиевого насоса, который работает, потребляя энергию АТФ. Его основным компонентом является мембранная NA, КАТФаза.

Проведение возбуждения. Проведение возбуждения обусловлено тем, что потенциал действия, возникший в одной клетке (или в одном из ее участков), становится раздражителем, вызывающим возбуждение соседних участков.

В мякотных нервных волокнах миелиновая оболочка обладает сопротивлением и препятствует току ионов, т. е. она выполняет роль электрического изолятора. В миелинизированных волокнах возбуждение возникает только в участках, не покрытых миелиновой оболочкой, – так называемых перехватах Ранвье. Возбуждение в мякотных волокнах распространяется скачкообразно от одного перехвата Ранвье к другому. Оно как бы «перепрыгивает» через участки волокна, покрытые миелином, в результате чего такой механизм распространения возбуждения получил название сальтаторного (от итал. salto – прыжок). Этим объясняется большая скорость проведения возбуждения по мякотным нервным волокнам (до 120 м/с).

По безмякотным нервным волокнам возбуждение распространяется медленно (от 1 до 30 м/с). Это связано с тем, что биоэлектрические процессы клеточной мембраны проходят на каждом участке волокна, по всей его длине.

Существует определенная зависимость между скоростью проведения возбуждения и диаметром нервного волокна: чем толще волокно, тем больше скорость проведения возбуждения.

Передача возбуждения в синапсах. Синапсом (от греч. synapsis – соединение) называется область контакта двух клеточных мембран, обеспечивающих переход возбуждения с нервных окончаний на возбуждаемые структуры. Возбуждение от одной нервной клетки к другой – процесс однонаправленный: импульс передается всегда с аксона одного нейрона на тело клетки и дендриты другого нейрона.

Аксоны большинства нейронов сильно ветвятся на конце и образуют многочисленные окончания на телах нервных клеток и их дендритах, а также на мышечных волокнах и на клетках желез. Количество синапсов на теле одного нейрона может достигать 100 и больше, а на дендритах одного нейрона – нескольких тысяч. Одно нервное волокно может образовать более 10 тыс. синапсов на многих нервных клетках.

Синапс имеет сложное строение. Он образован двумя мембранами – пресинаптической и постсинаптической, между которыми есть синаптическая щель. Пресинаптическая часть синапса находится на нервном окончании, постсинаптическая мембрана – на теле или дендритах нейрона, к которому передается нервный импульс. В пресинаптической области всегда наблюдаются большие скопления митохондрий.

Возбуждение через синапсы передается химическим путем с помощью особого вещества – посредника, или медиатора, находящегося в синаптических пузырьках, расположенных в пресинаптической терминали. В разных синапсах вырабатываются разные медиаторы. Чаще всего это ацетилхолин, адреналин или норадреналин.

Выделяют также электрические синапсы. Они отличаются узкой синаптической щелью и наличием поперечных каналов, пересекающих обе мембраны, т. е. между цитоплазмами обоих клеток есть прямая связь. Каналы образованы белковыми молекулами каждой из мембран, соединенных комплементарно. Схема передачи возбуждения в таком синапсе подобна схеме передачи потенциала действия в гомогенном нервном проводнике.

В химических синапсах механизм передачи импульса следующий. Приход нервного импульса в пресинаптическое окончание сопровождается синхронным выбросом в синаптическую щель медиатора из синаптических пузырьков, расположенных в непосредственной близости от нее. Обычно в пресинаптическое окончание приходит серия импульсов, частота их возрастает при увеличении силы раздражителя, приводя к увеличению выделения медиатора в синаптическую щель. Размеры синаптической щели очень малы, и медиатор, быстро достигая постсинаптической мембраны, взаимодействует с ее веществом. В результате этого взаимодействия структура постсинаптической мембраны временно изменяется, проницаемость ее для ионов натрия повышается, что приводит к перемещению ионов и, как следствие, возникновению возбуждающего постсинаптического потенциала. Когда этот потенциал достигает определенной величины, возникает распространяющееся возбуждение – потенциал действия. Через несколько миллисекунд медиатор разрушается специальными ферментами.

Выделяют также особые синапсы тормозного действия. Полагают, что в специализированных тормозящих нейронах, в нервных окончаниях аксонов вырабатывается особый медиатор, оказывающий тормозящее воздействие на последующий нейрон. В коре больших полушарий головного мозга таким медиатором считают гамма-аминомасляную кислоту. Структура и механизм работы синапсов тормозного действия аналогичны таковым у синапсов возбуждающего действия, только результатом их действия является гиперполяризация. Это ведет к возникновению тормозного постсинаптического потенциала, в результате чего наступает торможение.

На каждой нервной клетке расположено множество возбуждающих и тормозящих синапсов, что создает условия для различных ответов на прошедшие сигналы.

4.4. Процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе

Возбуждение и торможение не самостоятельные процессы, а две стадии единого нервного процесса, они всегда идут друг за другом.

Если возникло возбуждение в определенной группе нейронов, то вначале оно распространяется на соседние нейроны, т. е. происходит иррадиация нервного возбуждения. Затем возбуждение концентрируется в одном пункте. После этого вокруг группы возбужденных нейронов возбудимость падает, и они приходят в состояние торможения, происходит процесс одновременной отрицательной индукции.

В нейронах, которые были возбуждены, после возбуждения обязательно возникает торможение, и наоборот, после торможения в тех же нейронах появляется возбуждение. Это последовательная индукция. Если вокруг групп заторможенных нейронов возбудимость возрастает и они приходят в состояние возбуждения – это одновременная положительная индукция. Следовательно, возбуждение переходит в торможение, и наоборот. Это значит, что обе эти стадии нервного процесса сопутствуют друг другу.

4.5. Строение и функционирование спинного мозга

Спинной мозг представляет собой длинный тяж длиной (у взрослого человека) около 45 см. Вверху он переходит в продолговатый мозг, внизу (в районе I–II поясничных позвонков) спинной мозг суживается и имеет форму конуса, переходящего в конечную нить. На месте отхождения нервов к верхним и нижним конечностям спинной мозг имеет шейное и поясничное утолщения. В центре спинного мозга проходит канал, идущий в головной мозг. Спинной мозг разделен двумя бороздами (передней и задней) на правую и левую половину.

Центральный канал окружен серым веществом, которое образует передние и задние рога. В грудном отделе между передними и задними рогами располагаются боковые рога. Вокруг серого вещества расположены пучки белого вещества в виде переднего, заднего и бокового канатиков. Серое вещество представлено скоплением нервных клеток, белое вещество состоит из нервных волокон. В сером веществе передних рогов находятся тела двигательных (центробежных) нейронов, отростки которых образуют передний корешок. В задних рогах расположены клетки промежуточных нейронов, осуществляющих связь между центростремительными и центробежными нейронами. Задний корешок образован волокнами чувствительных (центростремительных) клеток, тела которых располагаются в спинно-мозговых (межпозвоночных) узлах. Через задние чувствительные корешки возбуждение передается с периферии в спинной мозг. Через передние двигательные корешки возбуждение передается от спинного мозга к мышцам и другим органам.

В сером веществе боковых рогов спинного мозга располагаются вегетативные ядра симпатической нервной системы.

Основную массу белого вещества спинного мозга образуют нервные волокна проводящего пути спинного мозга. Эти пути обеспечивают связь между различными частями центральной нервной системы и образуют восходящие и нисходящие пути передачи импульсов.

Спинной мозг состоит из 31–33 сегментов: 8 шейных, 12 грудных, 5 поясничных и 1–3 копчиковых. Из каждого сегмента выходят передние и задние корешки. Оба корешка по выходу из мозга сливаются и образуют спинно-мозговой нерв. От спинного мозга отходит 31 пара спинно-мозговых нервов. Спинно-мозговые нервы смешанные, они образованы центростремительными и центробежными волокнами. Спинной мозг покрыт тремя оболочками: твердой, паутинной и сосудистой.

Развитие спинного мозга. Развитие спинного мозга начинается раньше, чем развитие других отделов нервной системы. У эмбриона спинной мозг уже достигает значительных размеров, в то время как головной мозг находится на стадии мозговых пузырей.

На ранних стадиях развития плода спинной мозг заполняет всю полость позвоночного канала, но затем позвоночный столб обгоняет рост спинного мозга, и к моменту рождения он заканчивается на уровне третьего поясничного позвонка.

Длина спинного мозга у новорожденных составляет 14–16 см. Удвоение его длины происходит к 10 годам. В толщину спинной мозг растет медленно. На поперечном срезе спинного мозга детей раннего возраста четко выделяется преобладание передних рогов над задними. В школьные годы у детей наблюдается увеличение размеров нервных клеток спинного мозга.

Функции спинного мозга. Спинной мозг участвует в осуществлении сложных двигательных реакций организма. В этом заключается рефлекторная функция спинного мозга.

В сером веществе спинного мозга замыкаются рефлекторные пути многих двигательных реакций, например коленный рефлекс (при постукивании по сухожилию четырехглавой мышцы бедра в области колена происходит разгибание голени в коленном суставе). Путь этого рефлекса проходит через II–IV поясничные сегменты спинного мозга. У детей на первых днях жизни коленный рефлекс вызывается очень легко, но проявляется он не в разгибании голени, а в сгибании. Это объясняется преобладанием тонуса мышц-сгибателей над разгибателями. У здоровых годовалых детей рефлекс возникает всегда, но выражен он слабее.

Спинной мозг иннервирует всю скелетную мускулатуру, кроме мышц головы, которые иннервируются черепными нервами. В спинном мозге расположены рефлекторные центры мускулатуры туловища, конечностей и шеи, а также многие центры вегетативной нервной системы: рефлексы мочеиспускания и дефекации, рефлекторного набухания полового члена (эрекция) и извержения семени у мужчин (эякуляция).

Проводящая функция спинного мозга. Центростремительные импульсы, поступающие в спинной мозг через задние корешки, передаются по проводящим путям спинного мозга к вышележащим отделам головного мозга. В свою очередь, из вышележащих отделов центральной нервной системы через спинной мозг поступают импульсы, меняющие состояние скелетной мускулатуры и внутренних органов. Деятельность спинного мозга у человека в значительной степени подчинена координирующему влиянию вышележащих отделов центральной нервной системы.

4.6. Строение и функционирование головного мозга

В строении головного мозга выделяют три больших отдела: ствол, подкорковый отдел, кору больших полушарий. Ствол головного мозга образуют продолговатый, задний и средний мозг. В основание мозга выходят 12 пар черепных нервов.

Продолговатый мозг и мост (задний мозг). Продолговатый мозг является продолжением в полости черепа спинного мозга. Длина его – около 28 мм, ширина постепенно увеличивается и в самом широком месте достигает 24 мм. Центральный канал спинного мозга непосредственно переходит в канал продолговатого мозга, значительно расширяясь в нем и превращаясь в четвертый желудочек. В веществе продолговатого мозга имеются отдельные скопления серого вещества, образующие ядра черепных нервов. Белое вещество продолговатого мозга образовано волокнами проводящих путей. Впереди продолговатого мозга в виде поперечного вала расположен варолиев мост.

От продолговатого мозга отходят корешки черепно-мозговых нервов: XII – подъязычный, XI – добавочный нерв, X – блуждающий нерв, IX – языкоглоточный нерв. Между продолговатым мозгом и мостом выходят корешки VII и VIII черепных нервов – лицевого и слухового. Из моста выходят корешки VI и V нервов – отводящего и тройничного.

В заднем мозге замыкаются пути многих сложнокоординированных двигательных рефлексов. Здесь расположены жизненно важные центры регуляции дыхания, сердечно-сосудистой деятельности, функций пищеварительных органов, обмена веществ. Ядра продолговатого мозга принимают участие в осуществлении таких рефлекторных актов, как отделение пищеварительных соков, жевание, сосание, глотание, рвота, чихание.

У новорожденного продолговатый мозг вместе с мостом весит около 8 г, что составляет 2 % от массы головного мозга (у взрослого – 1,6 %). Ядра продолговатого мозга начинают формироваться во внутриутробном периоде развития и к моменту рождения уже сформированы. Созревание ядер продолговатого мозга заканчивается к 7 годам.

Мозжечок. Позади продолговатого мозга и моста располагается мозжечок. Он имеет два полушария, соединенных червем. Серое вещество мозжечка лежит поверхностно, образуя его кору толщиной 1–2,5 мм. Поверхность мозжечка покрыта большим количеством борозд.

Под корой мозжечка располагается белое вещество, внутри которого имеются четыре ядра серого вещества. Волокна белого вещества осуществляют связь между разными частями мозжечка, а также образуют нижние, средние и верхние ножки мозжечка. Ножки обеспечивают связь мозжечка с другими отделами мозга.

Мозжечок участвует в координации сложных двигательных актов, поэтому к нему приходят импульсы от всех рецепторов, которые раздражаются во время движений тела. Наличие обратной связи мозжечка и коры больших полушарий головного мозга дают возможность ему оказывать влияние на произвольные движения, а большим полушариям через мозжечок регулировать тонус скелетных мышц, координировать их сокращения. У человека с нарушениями или выпадением функций мозжечка нарушается регуляция мышечного тонуса: движения рук и ног становятся резкими, нескоординированными; походка шаткая (напоминающая походку пьяного); наблюдается тремор конечностей и головы.

У новорожденных червь мозжечка развит лучше, чем сами полушария. Наиболее интенсивный рост мозжечка наблюдается в первый год жизни. Затем темпы развития его снижаются, и к 15 годам он достигает таких же размеров, как у взрослого человека.

Средний мозг. Средний мозг состоит из ножек большого мозга и четверохолмия. Полость среднего мозга представлена узким каналом – водопроводом мозга, который снизу сообщается с четвертым желудочком, а сверху – с третьим. В стенке мозгового водопровода находятся ядра III и IV черепных нервов – глазодвигательного и блокового. Через средний мозг проходят все восходящие пути к коре больших полушарий и мозжечку и нисходящие, несущие импульсы к продолговатому и спинному мозгу.

В среднем мозге находятся скопления серого вещества в виде ядер четверохолмия, ядер глазодвигательного и блокового нервов, красного ядра и черной субстанции. Передние бугры четверохолмия являются первичными зрительными центрами, а задние бугры – первичными слуховыми центрами. С их помощью осуществляются ориентировочные рефлексы на свет и звук (движение глаз, поворот головы, настораживание ушей у животных). Черная субстанция обеспечивает координацию сложных актов глотания и жевания, регулирует тонкие движения пальцев рук (мелкомоторику) и др. Красное ядро также регулирует мышечный тонус.

Ретикулярная формация. По всему стволу мозга (от верхнего конца спинного мозга до зрительных бугров и гипоталамуса включительно) располагается образование, состоящее из скоплений нейронов различных формы и типов, которые густо переплетены волокнами, идущими в различных направлениях. Под увеличением это образование напоминает сеть, поэтому оно получило название сетчатой, или ретикулярной, формации. В ретикулярной формации ствола мозга человека описано 48 отдельных ядер и клеточных групп.

При раздражении структур ретикулярной формации не отмечается никакой видимой реакции, однако изменяется возбудимость различных отделов центральной нервной системы. Через ретикулярную формацию проходят как восходящие центростремительные, так и нисходящие центробежные пути. Здесь осуществляются их взаимодействие и регуляция возбудимости всех отделов центральной нервной системы.

По восходящим путям ретикулярная формация оказывает активизирующее влияние на кору больших полушарий и поддерживает в ней бодрствующее состояние. Аксоны ретикулярных нейронов ствола мозга достигают коры больших полушарий, образуя при этом восходящую ретикулярную активирующую систему. Причем некоторые из этих волокон на своем пути к коре прерываются в таламусе, а другие идут прямо в кору. В свою очередь, ретикулярная формация ствола мозга получает волокна и импульсы, идущие от коры больших полушарий и регулирующие деятельность самой ретикулярной формации. Она также обладает высокой чувствительностью к таким физиологически активным веществам, как адреналин и ацетилхолин.

Промежуточный мозг. Вместе с конечным мозгом, образованным корой и подкорковыми узлами, промежуточный мозг (зрительные бугры и подбугорная область) входит в состав переднего отдела мозга. Промежуточный мозг состоит из четырех частей, которые окружают полость третьего желудочка, – эпиталамуса, дорсального таламуса, вентрального таламуса и гипоталамуса.

Основную часть промежуточного мозга составляет таламус (зрительный бугор). Это крупное парное образование серого вещества яйцевидной формы. Серое вещество таламуса тонкими белыми прослойками разделено на три области: переднюю, медиальную и латеральную. Каждая область представляет собой скопление ядер. В зависимости от особенностей их влияния на активность клеток коры больших полушарий ядра принято разделять на две группы: специфические и неспецифические (или диффузные).

Специфические ядра таламуса благодаря своим волокнам достигают коры больших полушарий, где образуют ограниченное число синаптических связей. При их раздражении одиночными электрическими разрядами в соответствующих ограниченных областях коры быстро возникает ответная реакция, латентный период составляет всего 1–6 мс.

Импульсы от неспецифических таламических ядер поступают одновременно в различные участки коры больших полушарий. При раздражении неспецифических ядер ответная реакция возникает через 10–50 мс почти со всей поверхности коры, диффузно; при этом потенциалы в клетках коры имеют большой латентный период и колеблются волнообразно. Это реакция вовлечения.

Центростремительные импульсы от всех рецепторов организма (зрительные, слуховые, импульсы от рецепторов кожи, лица, туловища, конечностей, от проприорецепторов, вкусовых рецепторов, рецепторов внутренних органов (висцерорецепторов)), кроме тех, которые поступают от обонятельных рецепторов, сначала поступают в ядра таламуса, а затем уже в кору головного мозга, где перерабатываются и получают эмоциональную окраску. Сюда же поступают импульсы из мозжечка, которые затем идут к моторной зоне коры полушарий.

При поражении зрительных бугров происходит нарушение проявления эмоций, меняется характер ощущений: часто незначительные прикосновения к коже, звук или свет вызывают у больных приступы тяжелейших болей или, напротив, даже сильное болевое раздражение не чувствуется. Поэтому таламус считают высшим центром болевой чувствительности, однако в формировании болевых ощущений участвует и кора больших полушарий.

Гипоталамус примыкает к зрительному бугру снизу, отделяясь от него соответствующей бороздой. Его передней границей является хиазм зрительных нервов. Гипоталамус состоит из 32 пар ядер, которые объединяются в три группы: переднюю, среднюю и заднюю. С помощью нервных волокон гипоталамус сообщается с ретикулярной формацией ствола мозга, с гипофизом и с таламусом.

Гипоталамус – главный подкорковый центр регуляции вегетативных функций организма, он оказывает влияние как через нервную систему, так и через железы внутренней секреции. В клетках ядер передней группы гипоталамуса вырабатывается нейросекрет, который по гипоталамо-гипофизарному пути транспортируется в гипофиз. Гипоталамус и гипофиз часто объединяют в гипоталамо-гипофизарную систему.

Существует связь гипоталамуса и надпочечников: возбуждение гипоталамуса вызывает секрецию адреналина и норадреналина. Таким образом, гипоталамус регулирует деятельность эндокринных желез. Гипоталамус также принимает участие в регуляции деятельности сердечно-сосудистой и пищеварительной систем.

Серый бугор (одно из крупных ядер гипоталамуса) участвует в регуляции функций обмена веществ и многих желез эндокринной системы. Разрушение серого бугра вызывает атрофию половых желез, а его длительное раздражение может привести к раннему половому созреванию, возникновению язв на коже, язвы желудка и двенадцатиперстной кишки.

Гипоталамус принимает участие в регуляции температуры тела, водного обмена, обмена углеводов. У больных с нарушением функции подбугорья очень часто нарушен менструальный цикл, наблюдается половая слабость и др. Ядра гипоталамуса участвуют во многих сложных поведенческих реакциях (половых, пищевых, агрессивно-оборонительных). Гипоталамус регулирует сон и бодрствование.

Большая часть ядер зрительных бугров к моменту рождения хорошо развита. После рождения происходит только увеличение зрительных бугров в объеме за счет роста нервных клеток и развития нервных волокон. Этот процесс продолжается до 13–15 лет.

У новорожденных дифференцировка ядер подбугровой области не завершена, и окончательное свое развитие она получает в период полового созревания.

Базальные ганглии. Внутри больших полушарий, между промежуточным мозгом и лобными долями, располагаются скопления серого вещества – так называемые базальные, или подкорковые, ганглии. Это три парных образования: хвостатое ядро, скорлупа, бледный шар.

Хвостатое ядро и скорлупа имеют сходные клеточное строение и эмбриональное развитие. Их объединяют в единую структуру – полосатое тело. Филогенетически это новое образование впервые появляется у рептилий.

Бледный шар – более древнее образование, его можно найти уже у костистых рыб. Он осуществляет регуляцию сложных двигательных актов, таких как движения рук при ходьбе, сокращения мимической мускулатуры. У человека при нарушении функций бледного шара лицо становится маскообразным, походка замедлена, лишена содружественных движений рук, все движения затруднены.

Базальные ганглии связаны центростремительными путями с корой головного мозга, мозжечком, таламусом. При поражениях полосатого тела у человека наблюдаются беспрерывные движения конечностей и хорея (сильные, без всякого порядка и последовательности движения, захватывающие почти всю мускулатуру). Подкорковые ядра связаны с вегетативными функциями организма: с их участием осуществляются сложнейшие пищевые, половые и другие рефлексы.

Большие полушария головного мозга. Полушария головного мозга состоят из подкорковых ганглиев и мозгового плаща, окружающих боковые желудочки. У взрослого человека масса больших полушарий составляет около 80 % массы головного мозга. Правое и левое полушария разделены глубокой продольной бороздой. В глубине этой борозды находится мозолистое тело, образованное нервными волокнами. Мозолистое тело соединяет левое и правое полушария.

Мозговой плащ представлен корой головного мозга, серым веществом больших полушарий, которое образовано нервными клетками с отходящими от них отростками и клетками нейроглии. Клетки глии выполняют опорную функцию для нейронов, участвуют в обмене веществ нейронов.

Кора больших полушарий головного мозга является высшим, филогенетически наиболее молодым образованием центральной нервной системы. В коре насчитывается от 12 до 18 млрд нервных клеток. Кора имеет толщину от 1,5 до 3 мм. Общая поверхность полушарий коры у взрослого человека – 1700–2000 кв. см. Значительный прирост площади полушарий идет за счет многочисленных борозд, которые делят всю поверхность его на выпуклые извилины и доли.

Выделяют три главные борозды: центральную, боковую и теменно-затылочную. Они делят каждое полушарие на четыре доли: лобную, теменную, затылочную и височную. Лобная доля находится впереди центральной борозды. Теменная доля впереди ограничена центральной бороздой, позади – теменно-затылочной бороздой, внизу – боковой бороздой. Позади теменно-затылочной борозды находится затылочная доля. Височная доля ограничена вверху глубокой боковой бороздой. Между височной и затылочной долями резкой границы нет. Каждая доля мозга, в свою очередь, делится бороздами на ряд извилин.

Рост и развитие головного мозга. Масса головного мозга новорожденного составляет 340–400 г, что соответствует 1/8-1/9 массы его тела (у взрослого человека масса мозга составляет 1/40 массы тела).

До четвертого месяца развития плода поверхность больших полушарий гладкая – лисэнцефалическая. Однако уже к пяти месяцам происходит образование боковой, затем центральной, теменно-затылочной борозды. К моменту рождения кора больших полушарий имеет такой же тип строения, как и у взрослого, но у детей она значительно тоньше. Форма и величина борозд и извилин существенно изменяются и после рождения.

Нервные клетки новорожденного имеют простую веретенообразную форму с очень небольшим количеством отростков. Миелинизация нервных волокон, расположение слоев коры, дифференцирование нервных клеток в основном завершаются к 3 годам. Последующее развитие головного мозга связано с увеличением количества ассоциативных волокон и образованием новых нервных связей. Масса мозга в эти годы увеличивается незначительно.

Структурно-функциональная организация коры головного мозга. Нервные клетки и волокна, образующие кору, расположены в семь слоев. В разных слоях коры нервные клетки отличаются формой, величиной и характером расположения.

I слой – молекулярный. В этом слое мало нервных клеток, они очень мелкие. Слой образован в основном сплетением нервных волокон.

II слой – наружный зернистый. Состоит из мелких нервных клеток, похожих на зерна, и клеток в виде очень мелких пирамид. Этот слой беден миелиновыми волокнами.

III слой – пирамидный. Образован средними и большими пирамидными клетками. Этот слой толще, чем два первых.

IV слой – внутренний зернистый. Состоит, как и II слой, из мелких зернистых клеток различной формы. В некоторых областях коры (например, в моторной области) этот слой может отсутствовать.

V слой – ганглиозный. Состоит из больших пирамидных клеток. В двигательной области коры пирамидные клетки достигают наибольшей величины.

VI слой – полиморфный. Здесь клетки треугольной и веретенообразной формы. Этот слой прилежит к белому веществу мозга.

VII слой различают только в некоторых областях коры. Он состоит из веретенообразных нейронов. Этот слой значительно беднее клетками и богаче волокнами.

В процессе деятельности между нервными клетками всех слоев коры возникают как постоянные, так и временные связи.

По особенностям клеточного состава и строения кору больших полушарий разделяют на ряд участков – так называемых полей.

Белое вещество полушарий мозга. Белое вещество больших полушарий располагается под корой, выше мозолистого тела. В составе белого вещества различают ассоциативные, комиссуральные и проекционные волокна.

Ассоциативные волокна связывают между собой отдельные участки одного и того же полушария. Короткие ассоциативные волокна связывают отдельные извилины и близкие поля, длинные – извилины различных долей в пределах одного полушария.

Комиссуральные волокна связывают симметричные части обоих полушарий, и почти все они проходят через мозолистое тело.

Проекционные волокна выходят за пределы полушарий в составе нисходящих и восходящих путей, по которым и осуществляется двусторонняя связь коры с нижележащими отделами центральной нервной системы.

4.7. Функции вегетативного отдела нервной системы

Из спинного мозга и других отделов центральной нервной системы выходят два рода центробежных нервных волокон:

1) двигательные волокна нейронов передних рогов спинного мозга, доходящие по периферическим нервам непосредственно до скелетных мышц;

2) вегетативные волокна нейронов боковых рогов спинного мозга, доходящие только до периферических узлов, или ганглиев, вегетативной нервной системы. Далее к органу центробежные импульсы вегетативной нервной системы поступают из нейронов, находящихся в узлах. Нервные волокна, располагающиеся до узлов, называются предузловыми, после узлов – послеузловыми. В отличие от двигательного центробежного пути вегетативный центробежный путь может прерываться более чем в одном из узлов.

Вегетативная нервная система делится на симпатическую и парасимпатическую. Выделяют три основных очага локализации парасимпатической нервной системы:

1) в спинном мозге. Расположена в боковых рогах 2-4-го крестцовых сегментов;

2) в продолговатом мозге. Из него выходят парасимпатические волокна VII, IX, X и XII пар черепно-мозговых нервов;

3) в среднем мозге. Из него выходят парасимпатические волокна III пары черепно-мозговых нервов.

Парасимпатические волокна прерываются в узлах, находящихся на органе или внутри него, например в узлах сердца.

Симпатическая нервная система начинается в боковых рогах с 1-2-го грудного по 3-4-й поясничные сегменты. Симпатические волокна прерываются в околопозвоночных узлах пограничного симпатического ствола и в предпозвоночных узлах, находящихся на некотором расстоянии от позвоночника, например в узлах солнечного сплетения, верхнем и нижнем брыжеечных.

В узлах вегетативной нервной системы находятся три типа нейронов Догеля:

а) нейроны с короткими, сильно разветвленными дендритами и тонким безмякотным нейритом. На этом основном типе нейронов, имеющихся во всех крупных узлах, оканчиваются предузловые волокна, а их нейриты являются послеузловыми. Эти нейроны выполняют двигательную, эффекторную функцию;

б) нейроны с 2–4 и больше длинными, маловетвящимися или неветвящимися отростками, выходящими за пределы узла. На этих нейронах не оканчиваются предузловые волокна. Они располагаются в сердце, кишечнике и других внутренних органах и являются чувствительными. Посредством этих нейронов осуществляются местные, периферические рефлексы;

в) нейроны, имеющие дендриты, не выходящие за пределы узла, и нейриты, направляющиеся в другие узлы. Они выполняют ассоциативную функцию или являются разновидностью нейронов первого типа.

Функции вегетативной нервной системы. Вегетативные волокна отличаются от двигательных волокон поперечно-полосатых мышц значительно более низкой возбудимостью, большим скрытым периодом раздражения и более продолжительной рефрактерностью, меньшей скоростью проведения возбуждения (10–15 м/с в предузловых и 1–2 м/с в послеузловых волокнах).

Основными веществами, возбуждающими симпатическую нервную систему, являются адреналин и норадреналин (симпатин), парасимпатическую нервную систему – ацетилхолин. Ацетилхолин, адреналин и норадреналин могут вызывать не только возбуждение, но и торможение: реакция зависит от дозы и исходного обмена веществ в иннервируемом органе. Эти вещества синтезируются в телах нейронов и в синаптических окончаниях волокон в иннервируемых органах. Адреналин и норадреналин образуются в телах нейронов и в тормозящих синапсах предузловых симпатических волокон, норадреналин – в окончаниях всех послеузловых симпатических волокон, за исключением потовых желез. Ацетилхолин образуется в синапсах всех возбуждающих предузловых симпатических и парасимпатических волокон. Окончания вегетативных волокон, где образуются адреналин и норадреналин, называют адренергическими, а те окончания, где образуется ацетилхолин, – холинергическими.

Вегетативная иннервация органов. Существует мнение, что все органы иннервируются симпатическими и парасимпатическими нервами, действующими по принципу антагонистов, однако это представление неверно. Органы чувств, нервная система, поперечно-полосатые мышцы, потовые железы, гладкая мускулатура мигательных перепонок, мышц, расширяющих зрачок, большей части кровеносных сосудов, мочеточников и селезенки, надпочечники, гипофиз иннервируются только симпатическими нервными волокнами. Некоторые органы, например цилиарные мышцы глаза, мышцы, суживающие зрачок, иннервируются только парасимпатическими волокнами. Средний отдел кишечника не имеет парасимпатических волокон. Некоторые органы иннервируются преимущественно симпатическими волокнами (матка), а другие – парасимпатическими (влагалище).

Вегетативная нервная система осуществляет две функции:

а) эффекторную – вызывает деятельность неработающего органа или увеличивает деятельность работающего и тормозит или уменьшает функцию работающего органа;

б) трофическую – увеличивает или уменьшает обмен веществ в органе и во всем организме.

Симпатические волокна отличаются от парасимпатических меньшей возбудимостью, большим скрытым периодом раздражения и длительностью последствий. В свою очередь, парасимпатические волокна имеют более низкий порог раздражения; они начинают функционировать сразу после раздражения и прекращают свое действие еще во время раздражения (что объясняется быстрым разрушением ацетилхолина). Даже в органах, получающих двойную иннервацию, между симпатическими и парасимпатическими волокнами существует не антагонизм, а взаимодействие.

4.8. Эндокринные железы. Их взаимосвязь и функции

Железы внутренней секреции (эндокринные) не имеют выводных протоков и выделяют секрет непосредственно во внутреннюю среду – кровь, лимфу, тканевую и спинно-мозговую жидкость. Эта особенность отличает их от желез внешней секреции (пищеварительных) и экскреторных желез (почек и потовых), выделяющих образуемые ими продукты во внешнюю среду.

Гормоны. Эндокринные железы продуцируют различные химические вещества – так называемые гормоны. Гормоны действуют на обмен веществ в ничтожно малых количествах, они служат катализаторами, осуществляя свое воздействие через кровь и нервную систему. Гормоны оказывают огромное влияние на умственное и физическое развитие, рост, изменение строения организма и его функции, определяют половые различия.

Гормоны характеризуются специфичностью действия: оказывают избирательное действие только на определенную функцию (или функции). Влияние гормонов на обмен веществ осуществляется в основном через изменения активности определенных ферментов, причем гормоны влияют либо непосредственно на их синтез, либо на синтез других веществ, участвующих в конкретном ферментативном процессе. Действие гормона зависит от дозы и может тормозиться разными соединениями (иногда их называют антигормонами).

Установлено, что гормоны активно влияют на формирование организма уже на ранних стадиях внутриутробного развития. Например, у зародыша функционируют щитовидная, половые железы и гонадотропные гормоны гипофиза. Существуют возрастные особенности функционирования и строения желез внутренней секреции. Так, некоторые эндокринные железы особенно интенсивно функционируют в детском возрасте, другие – в зрелом.

Щитовидная железа. Состоит щитовидная железа из перешейка и двух боковых долей, расположена на шее впереди и по бокам трахеи. Вес щитовидной железы составляет: у новорожденного – 1,5–2,0 г, к 3 годам – 5,0 г, к 5 годам – 5,5 г, к 5–8 годам – 9,5 г, к 11–12 годам (к началу полового созревания) – 10,0-18,0 г, к 13–15 годам – 22–35 г, у взрослого – 25–40 г. К старости вес железы падает, причем у мужчин больше, чем у женщин.

Щитовидная железа обильно снабжается кровью: объем проходящей через нее крови у взрослого человека составляет 5–6 куб. дм крови в час. Железа секретирует два гормона – тироксин, или тетрайодтиронин (Т4), и трийодтиронин (Т3). Тироксин синтезируется из аминокислоты тирозина и йода. У взрослого человека в организме содержится 25 мг йода, из них в щитовидной железе – 15 мг. Оба гормона (Т3 и Т4) образуются в щитовидной железе одновременно и непрерывно в результате протеолитического расщепления тиреоглобулина. Т3 синтезируется в 5–7 раз меньше, чем Т4, он содержит меньше йода, но его активность в 10 раз больше активности тироксина. В тканях Т4 превращается в Т3. Выводится Т3 из организма быстрее, чем тироксин.

Оба гормона усиливают поглощение кислорода и окислительные процессы, повышают теплообразование, тормозят образование гликогена, увеличивая его расщепление в печени. Действие гормонов на белковый обмен связано с возрастом. У взрослых и у детей тиреоидные гормоны оказывают противоположное действие: у взрослых при избытке гормона увеличивается расщепление белков и наступает исхудание, у детей – увеличивается синтез белка и ускоряются рост и формирование организма. Оба гормона увеличивают синтез и расщепление холестерина с преобладанием расщепления. Искусственное повышение содержания тиреоидных гормонов увеличивает основной обмен и повышает активность протеолитических ферментов. Прекращение их поступления в кровь резко снижает основной обмен. Гормоны щитовидной железы повышают иммунитет.

Нарушение функции щитовидной железы приводит к тяжелым заболеваниям и патологиям развития. При гиперфункции щитовидной железы появляются признаки базедовой болезни. В 80 % случаев она развивается после психической травмы; встречается во всех возрастах, но чаще с 20 до 40 лет, причем у женщин в 5-10 раз чаще, чем у мужчин. При гипофункции щитовидной железы наблюдается такое заболевание, как микседема. У детей микседема является результатом врожденного отсутствия щитовидной железы (аплазия) или ее атрофии с гипофункцией или отсутствием секреции (гипоплазия). При микседеме часты случаи олигофрении (вызывается нарушением образования тироксина вследствие задержки превращения аминокислоты фенилаланина в тирозин). Также возможно развитие кретинизма, вызванного разрастанием опорной соединительной ткани железы за счет клеток, образующих секрет. Данное явление зачастую имеет географическую привязанность, поэтому получило название эндемического зоба. Причиной эндемического зоба является недостаток йода в пище, главным образом растительной, а также в питьевой воде.

Щитовидная железа иннервируется симпатическими нервными волокнами.

Околощитовидные (паращитовидные) железы. У человека четыре околощитовидных железы. Их общий вес составляет 0,13-0,25 г. Они расположены на задней поверхности щитовидной железы, зачастую даже в ее ткани. В околощитовидных железах различают два вида клеток: главные и оксифильные. Оксифильные клетки появляются с 7–8 лет, к 10–12 годам их становится больше. С возрастом наблюдается увеличение количества клеток жировой и опорной ткани, которая к 19–20 годам начинает вытеснять железистые клетки.

Паращитовидные железы образуют паратиреоидный гормон (паратиреоидин, паратгормон), являющийся белковым веществом (альбумозой). Гормон выделяется непрерывно и регулирует развитие скелета и отложение кальция в костях. Его регуляторный механизм основан на регуляции функции остеокластов, рассасывающих кости. Активная работа остеокластов приводит к выходу кальция из костей, благодаря этому обеспечивается постоянное содержание кальция в крови на уровне 5-11 мг%. Паратгормон также поддерживает на определенном уровне содержание фермента фосфатазы, участвующего в отложении фосфорно-кислого кальция в костях. Секреция паратиреоидина регулируется содержанием кальция в крови: чем его меньше, тем секреция железы выше.

Околощитовидные железы также продуцируют другой гормон – кальцитонин, который снижает содержание кальция в крови, секреция его усиливается при увеличении содержания кальция в крови.

Атрофия околощитовидных желез вызывает тетанию (судорожную болезнь), которая возникает в результате значительного повышения возбудимости центральной нервной системы, вызванного уменьшением содержания кальция в крови. При тетании наблюдаются судорожные сокращения мышц гортани, паралич дыхательных мышц и остановка сердца. Хроническая гипофункция околощитовидных желез сопровождается повышенной возбудимостью нервной системы, слабыми судорогами мышц, расстройствами пищеварения, окостенением зубов, выпадением волос. Перевозбуждение нервной системы переходит в торможение. Наблюдаются явления отравления продуктами белкового обмена (гуанидином). При хронической гиперфункции желез уменьшается содержание кальция в костях, они разрушаются и становятся ломкими; нарушаются сердечная деятельность и пищеварение, снижается сила мышечной системы, наступает апатия, а в тяжелых случаях – смерть.

Околощитовидные железы иннервируются веточками возвратного и гортанного нервов и симпатическими нервными волокнами.

Зобная (вилочковая) железа. Вилочковая железа расположена в грудной полости за грудиной, состоит из правой и левой неодинаковых долей, объединенных соединительной тканью. Каждая долька вилочковой железы состоит из коркового и мозгового слоев, основой которых является ретикулярная соединительная ткань. В корковом слое много лимфоцитов малого размера, в мозговом слое лимфоцитов относительно меньше.

С возрастом размеры и строение железы сильно меняются: до 1 года ее масса составляет 13 г; с 1 года до 5 лет -23 г; с 6 до 10 лет – 26 г; с 11 до 15 лет – 37,5 г; с 16 до 20 лет – 25,5 г; с 21 года до 25 лет – 24,75 г; с 26 до 35 лет – 20 г; с 36 до 45 лет – 16 г; с 46 до 55 лет – 12,85 г; с 66 до 75 лет – 6 г. Наибольший абсолютный вес железы у подростков, затем он начинает снижаться. Наибольший относительный вес (на кг веса тела) у новорожденных – 4,2 %, потом начинается его снижение: в 6-10 лет – до 1,2 %, в 11–15 лет – до 0,9 %, в 16–20 лет – до 0,5 %. С возрастом железистая ткань постепенно замещается жировой. Перерождение железы обнаруживается с 9-15 лет.

Вилочковая железа по содержанию аскорбиновой кислоты находится на втором месте после надпочечников. Кроме того, в ней много витаминов В2, D и цинка.

Гормон, вырабатываемый вилочковой железой, неизвестен, но считается, что он регулирует иммунитет (участвует в процессе созревания лимфоцитов), принимает участие в процессе полового созревания (тормозит половое развитие), усиливает рост организма и задерживает соли кальция в костях. После ее удаления резко усиливается развитие половых желез: задержка перерождения вилочковой железы замедляет развитие половых желез, и наоборот, после кастрации в раннем детском возрасте возрастные изменения железы не наступают. Гормоны щитовидной железы вызывают увеличение вилочковой железы у растущего организма, а гормоны надпочечников, наоборот, вызывают ее уменьшение. В случае удаления вилочковой железы надпочечники и щитовидная железа гипертрофируются, а повышение функции зобной железы понижает функцию щитовидной железы.

Зобная железа иннервируется симпатическими и парасимпатическими нервными волокнами.

Надпочечные железы (надпочечники). Это парные железы, их две. Обе они охватывают верхние концы каждой почки. Средний вес обоих надпочечников – 10–14 г, причем у мужчин они относительно меньше, чем у женщин. Возрастные изменения относительного веса обоих надпочечников выглядят следующим образом: у новорожденных – 6–8 г, у детей 1–5 лет – 5,6 г; 10 лет – 6,5 г; 11–15 лет – 8,5 г; 16–20 лет – 13 г; 21–30 лет – 13,7 г.

Надпочечник состоит из двух слоев: коркового (состоит из интерренальной ткани, имеет мезодермальное происхождение, в онтогенезе появляется несколько раньше мозгового) и мозгового слоя (состоит из хромаффинной ткани, имеет эктодермальное происхождение).

Корковый слой надпочечников новорожденного ребенка значительно превосходит мозговой слой, у годовалого ребенка он в два раза толще мозгового. В 9-10 лет наблюдается усиленный рост обоих слоев, но к 11 годам толщина мозгового слоя превосходит толщину коркового слоя. Окончание формирования коркового слоя приходится на 10–12 лет. Толщина мозгового слоя у пожилых людей в два раза больше коркового.

Корковый слой надпочечников состоит из четырех зон: верхней (клубочковой); очень узкой промежуточной; средней (наиболее широкой, пучковой); нижней сетчатой.

Основные изменения в строении надпочечников начинаются с 20 и продолжаются до 50 лет. В этот период происходит разрастание клубочковой и сетчатой зон. После 50 лет наблюдается обратный процесс: клубочковая и сетчатая зоны уменьшаются до полного исчезновения, за счет этого увеличивается пучковая зона.

Функции слоев надпочечников различны. В корковом слое образуются около 46 кортикостероидов (близки по химическому строению к половым гормонам), из них только 9 являются биологически активными. Кроме того, в корковом слое образуются мужские и женские половые гормоны, участвующие у детей в развитии половых органов до полового созревания.

По характеру действия кортикостероиды подразделяют на два вида.

I. Глюкокортикоиды (метаболокортикоиды). Эти гормоны усиливают расщепление углеводов, белков и жиров, переход белков в углеводы и фосфорилирование, увеличивают работоспособность скелетных мышц и снижают их утомляемость. При недостатке глюкокортикоидов прекращаются сокращения мышц (адинамия). К глюкокортикоидным гормонам относятся (в порядке убывания биологической активности) кортизол (гидрокортизон), кортикостерон, кортизон, 11-дезоксикортизол, 11-дегидрокортикостерон. Гидрокортизон и кортизон во всех возрастных группах увеличивают потребление кислорода сердечной мышцей.

Гормоны коры надпочечников, особенно глюкокортикоиды, участвуют в защитных реакциях организма на стрессовые воздействия (болевые раздражения, холод, недостаток кислорода, большие физические нагрузки и др.). Также в реакции на стресс участвует адренокортикотропный гормон гипофиза.

Наибольший уровень секреции глюкокортикоидов наблюдается в период полового созревания, после его окончания их секреция стабилизируется на уровне, близком к уровню взрослых.

II. Минералокортикоиды. Они слабо влияют на углеводный обмен и в основном воздействуют на обмен солей и воды. К ним относятся (в порядке уменьшения биологической активности) альдостерон, дезоксикортикостерон, 18-окси-дезоксикортикостерон, 18-оксикортикостерон. Минералокортикоиды изменяют обмен углеводов, возвращают работоспособность утомленным мышцам путем восстановления нормального соотношения ионов натрия и калия и нормальной клеточной проницаемости, увеличивают реабсорбцию воды в почках, повышают артериальное кровяное давление. Недостаток минералокортикоидов уменьшает реабсорбцию натрия в почках, что может привести к смерти.

Количество минералокортикоидов регулируется количеством натрия и калия в организме. Секреция альдостерона увеличивается при недостатке ионов натрия и избытке ионов калия и, напротив, тормозится при недостатке ионов калия и избытке ионов натрия в крови. Суточная секреция альдостерона с возрастом увеличивается и достигает максимума к 12–15 годам. У детей от 1,5–5 лет секреция альдостерона меньше, с 5 до 11 лет она достигает уровня взрослых. Дезоксикортикостерон усиливает рост организма, в то время как кортикостерон его подавляет.

Разные кортикостероиды секретируются в различных зонах коркового слоя: глюкокортикоиды – в пучковой, минералокортикоиды – в клубочковой, половые гормоны – в сетчатой зоне. В период полового созревания секреция гормонов коры надпочечников наибольшая.

Гипофункция коркового слоя надпочечников вызывает бронзовую, или аддисонову, болезнь. Гиперфункция коркового слоя приводит к преждевременному образованию половых гормонов, что выражается в раннем половом созревании (у мальчиков 4–6 лет появляется борода, возникает половое влечение и развиваются половые органы, как у взрослых мужчин; у девочек 2 лет наступают менструации). Изменения могут происходить не только у детей, но и у взрослых людей (у женщин появляются вторичные мужские половые признаки, у мужчин разрастаются грудные железы и атрофируются половые органы).

В мозговом слое надпочечников непрерывно синтезируется из тирозина гормон адреналин и немного норадреналина. Адреналин оказывает влияние на функции всех органов, кроме секреции потовых желез. Он тормозит движения желудка и кишечника, усиливает и учащает деятельность сердца, суживает кровеносные сосуды кожи, внутренних органов и неработающих скелетных мышц, резко усиливает обмен веществ, повышает окислительные процессы и теплообразование, увеличивает расщепление гликогена в печени и мышцах. Адреналин усиливает секрецию адренокортикотропного гормона гипофиза, увеличивающего поступление в кровь глюкокортикоидов, что приводит к увеличению образования глюкозы из белков и повышению содержания сахара в крови. Существует обратная связь между концентрацией сахара и секрецией адреналина: уменьшение содержания сахара в крови приводит к секреции адреналина. В малых дозах адреналин возбуждает умственную деятельность, в больших дозах тормозит. Адреналин разрушается ферментом моноаминоксидазой.

Надпочечники иннервируются симпатическими нервными волокнами, проходящими в чревных нервах. При мышечной работе и эмоциях происходит рефлекторное возбуждение симпатической нервной системы, что приводит к возрастанию поступления в кровь адреналина. В свою очередь, это увеличивает силу и выносливость скелетных мышц за счет трофического влияния, повышения кровяного давления и увеличения кровоснабжения.

Гипофиз (нижний мозговой придаток). Это главная железа внутренней секреции, влияющая на работу всех эндокринных желез и многие функции организма. Расположен гипофиз в турецком седле, непосредственно под головным мозгом. У взрослых его вес – 0,55-0,65 г, у новорожденных – 0,1–0,15 г, в 10 лет – 0,33, в 20 лет – 0,54 г.

В гипофизе различаются две доли: аденогипофиз (прегипофиз, более крупная передняя железистая часть) и нейрогипофиз (постгипофиз, задняя часть). Кроме того, выделяют среднюю долю, однако у взрослых она почти отсутствует и больше развита у детей. У взрослых аденогипофиз составляет 75 % гипофиза, промежуточная доля – 1–2 %, нейрогипофиз – 18–23 %. Во время беременности гипофиз увеличивается.

В обе доли гипофиза поступают симпатические нервные волокна, которые регулируют его кровоснабжение. Аденогипофиз состоит из хромофобных и хромофильных клеток, которые, в свою очередь, делятся на ацидофильные и базофильные (количество этих клеток увеличивается в 14–18 лет). Нейрогипофиз образуют клетки нейроглии.

Гипофиз вырабатывает больше 22 гормонов. Почти все они синтезируются в аденогипофизе.

1. К наиболее важным гормонам аденогипофиза относят:

а) гормон роста (соматотропный гормон) – ускоряет рост при относительном сохранении пропорций тела. Обладает видовой специфичностью;

б) гонадотропные гормоны – ускоряют развитие половых желез и увеличивают образование половых гормонов;

в) лактотропный гормон, или пролактин, – возбуждает отделение молока;

г) тиреотропный гормон – потенцирует секрецию гормонов щитовидной железы;

д) паратиреотропный гормон – вызывает увеличение функций околощитовидных желез и повышает содержание кальция в крови;

е) адренокортикотропный гормон (АКТГ) – увеличивает секрецию глюкокортикоидов;

ж) панкреотропный гормон – оказывает влияние на развитие и функции внутрисекреторной части поджелудочной железы;

з) гормоны белкового, жирового и углеводного обмена веществ и др. – регулируют соответствующие виды обмена.

2. В нейрогипофизе образуются гормоны:

а) вазопрессин (антидиуретический) – суживает кровеносные сосуды, особенно матки, повышает кровяное давление, уменьшает мочеотделение;

б) окситоцин – вызывает сокращение матки и повышает тонус мускулатуры кишечника, но не изменяет просвет кровеносных сосудов и уровень кровяного давления.

Гормоны гипофиза оказывают влияние на высшую нервную деятельность, в малых дозах повышая, а в больших дозах угнетая ее.

3. В средней доле гипофиза образуется только один гормон – интермедин (меланоцитостимулирующий гормон), вызывающий при сильном освещении движение псевдоподии клеток черного пигментного слоя сетчатой оболочки глаза.

Гиперфункция передней части аденогипофиза вызывает следующие патологии: если гиперфункция происходит до окончания окостенения длинных костей – гигантизм (средний рост увеличивается до полутора раз); если после окончания окостенения – акромегалию (непропорциональный рост частей тела). Гипофункция передней части аденогипофиза в раннем детстве вызывает карликовый рост при нормальном умственном развитии и сохранении относительно правильных пропорций тела. Половые гормоны уменьшают действие гормона роста.

У девочек становление системы «гипоталамическая область – гипофиз – кора надпочечников», приспосабливающей организм к напряжениям, а также медиаторов крови, происходит позднее, чем у мальчиков.

Эпифиз (верхний мозговой придаток). Расположен эпифиз на заднем конце зрительных бугров и на четверохолмии, соединен со зрительными буграми. У взрослого человека эпифиз, или шишковидная железа, весит около 0,1–0,2 г. Развивается до 4 лет, а затем начинает атрофироваться, особенно интенсивно после 7–8 лет.

Эпифиз оказывает угнетающее действие на половое развитие у неполовозрелых и тормозит функции половых желез у половозрелых. В нем выделяется гормон, который действует на гипоталамическую область и тормозит образование в гипофизе гонадотропных гормонов, что вызывает угнетение внутренней секреции половых желез. Гормон шишковидной железы мелатонин в отличие от интермедина сокращает пигментные клетки. Образуется мелатонин из серотонина.

Железа иннервируется симпатическими нервными волокнами, поступающими из верхнего шейного узла.

Эпифиз оказывает ингибиторное влияние на кору надпочечников. Гиперфункция эпифиза уменьшает объем надпочечников. Гипертрофия надпочечников снижает функцию эпифиза. Эпифиз влияет на углеводный обмен, его гиперфункция вызывает гипогликемию.

Поджелудочная железа. Эта железа вместе с половыми железами относится к смешанным железам, являющимся органами как внешней, так и внутренней секреции. В поджелудочной железе гормоны образуются в так называемых островках Лангерганса (208-1760 тыс.). У новорожденных внутрисекреторная ткань железы больше внешнесекреторной. У детей и юношей происходит постепенное увеличение размеров островков.

Островки Лангерганса имеют округлую форму, по строению они отличаются от ткани, синтезирующей поджелудочный сок, и состоят из двух видов клеток: альфа и бета. Альфа-клеток в 3,5–4 раза меньше, чем бета-клеток. У новорожденных количество бета-клеток только в два раза больше, но с возрастом их число увеличивается. В островках также присутствуют нервные клетки и многочисленные парасимпатические и симпатические нервные волокна. Относительное число островков у новорожденных в четыре раза больше, чем у взрослых. Их количество быстро сокращается на первом году жизни, с 4–5 лет процесс сокращения несколько замедляется, а к 12 годам количество островков становится таким же, как у взрослых, после 25 лет число островков постепенно уменьшается.

В альфа-клетках образуется гормон глюкагон, в бета-клетках непрерывно секретируется гормон инсулин (примерно 2 мг в сутки). Инсулин оказывает следующее воздействие: уменьшает содержание сахара в крови, усиливая синтез гликогена из глюкозы в печени и мышцах; увеличивает проницаемость клеток для глюкозы и усвоение сахара мышцами; задерживает воду в тканях; активирует синтез белков из аминокислот и уменьшает образование углеводов из белка и жира. Под действием инсулина в мембранах мышечных клеток и нейронов открываются каналы для свободного прохождения внутрь сахара, что приводит к уменьшению его содержания в крови. Повышение содержания сахара в крови активирует синтез инсулина и одновременно тормозит секрецию глюкагона. Глюкагон увеличивает содержание сахара в крови, повышая переход гликогена в глюкозу. Уменьшение секреции глюкагона уменьшает содержание сахара в крови. Инсулин оказывает возбуждающее действие на секрецию желудочного сока, богатого пепсином и соляной кислотой, и усиливает перистальтику желудка.

После введения большой дозы инсулина происходит резкое падение содержания сахара в крови до 45–50 мг%, что приводит к гипогликемическому шоку (сильным судорогам, нарушению деятельности головного мозга, потере сознания). Введение глюкозы немедленно его прекращает. Стойкое уменьшение секреции инсулина приводит к сахарному диабету.

Инсулин обладает видовой специфичностью. Адреналин увеличивает секрецию инсулина, а секреция инсулина увеличивает секрецию адреналина. Блуждающие нервы увеличивают секрецию инсулина, а симпатические – тормозят ее.

В клетках эпителия выводных протоков поджелудочной железы образуется гормон липокаин, который повышает окисление в печени высших жирных кислот и тормозит ее ожирение.

Гормон поджелудочной железы ваготонин увеличивает активность парасимпатической системы, а гормон центропнеин возбуждает дыхательный центр и способствует переносу кислорода гемоглобином.

Половые железы. Как и поджелудочная железа, относятся к смешанным железам. И мужские, и женские половые железы являются парными органами.

А. Мужская половая железа – семенник (яичко) – имеет форму несколько сдавленного эллипсоида. У взрослого его вес составляет в среднем 20–30 г. У детей в 8-10 лет вес яичка составляет 0,8 г; в 12–14 лет -1,5 г; в 15 лет – 7 г. Интенсивный рост яичек идет до 1 года и с 10 до 15 лет. Период полового созревания мальчиков: с 15–16 до 19–20 лет, но возможны индивидуальные колебания.

Снаружи яичко покрыто фиброзной оболочкой, от внутренней поверхности которой вдоль заднего края в него вклинивается разращение соединительной ткани. От этого разращения расходятся тонкие соединительно-тканные перекладины, делящие железу на 200–300 долек. В дольках различают семенные канальцы и промежуточную соединительную ткань. Стенка извитых канальцев состоит из двух родов клеток: первые образуют сперматозоиды, вторые участвуют в питании развивающихся сперматозоидов. Кроме того, в рыхлой соединительной ткани, связывающей канальцы, есть интерстициальные клетки. Сперматозоиды поступают по прямым и выносящим канальцам в придаток яичка, а из него в семявыносящий проток. Над предстательной железой оба семявыносящих протока переходят в семявыбрасывательные протоки, которые вступают в эту железу, пронизывают ее и открываются в мочеиспускательный канал. Предстательная железа (простата) окончательно развивается примерно к 17 годам. Вес простаты у взрослого – 17–28 г.

Сперматозоиды – высокодифференцированные клетки длиной 50–60 мкм, которые образуются в начале полового созревания из первичных половых клеток – сперматогоний. В сперматозоиде различают головку, шейку и хвостик. В 1 куб. мм семенной жидкости содержится около 60 тыс. сперматозоидов. Сперма, извергающаяся за один раз, имеет объем до 3 куб. см и содержит около 200 млн сперматозоидов.

Мужские половые гормоны – андрогены – образуются в интерстициальных клетках, которые названы железой половой зрелости, или пубертатной. К андрогенам относят: тестостерон, андростандион, андростерон и др. В интерстициальных клетках яичка образуются также женские половые гормоны – эстрогены. Эстрогены и андрогены – производные стероидов и близки по химическому составу. Дегидроандростерон имеет свойства мужского и женского половых гормонов. Тестостерон в шесть раз активнее дегидроандростерона.

Б. Женские половые железы – яичники – имеют различные размеры, форму и вес. У женщины, достигшей половой зрелости, яичник имеет вид утолщенного эллипсоида весом в 5–8 г. Правый яичник несколько больше левого. У новорожденной девочки вес яичника – 0,2 г. В 5 лет вес каждого яичника составляет 1 г, в 8-10 лет – 1,5 г; в 16 лет – 2 г.

Яичник состоит из двух слоев: коркового (в нем образуются яйцевые клетки) и мозгового (состоит из соединительной ткани, содержащей кровеносные сосуды и нервы). Женские яйцевые клетки образуются из первичных яйцевых клеток – оогоний, которые вместе с питающими их клетками (фолликулярными клетками) образуют первичные яйцевые фолликулы.

Яйцевой фолликул представляет собой небольшую яйцевую клетку, окруженную рядом плоских фолликулярных клеток. У новорожденных девочек яйцевых фолликулов много, и они почти прилегают друг к другу, у пожилых женщин они исчезают. У 22-летней здоровой девушки в обоих яичниках число первичных фолликулов может доходить до 400 тыс. и более. В течение жизни только около 500 первичных фолликулов созревают и в них образуются яйцевые клетки, способные к оплодотворению, остальные фолликулы атрофируются. Полного развития фолликулы достигают в период половой зрелости, примерно с 13–15 лет, когда некоторые созревшие фолликулы секретируют гормон эстрон.

Период полового созревания (пубертатный) продолжается у девочек с 13–14 до 18 лет. При созревании происходит увеличение размеров яйцевой клетки, фолликулярные клетки усиленно размножаются и образуют несколько слоев. Затем растущий фолликул погружается вглубь коркового слоя, покрывается волокнистой соединительно-тканной оболочкой, заполняется жидкостью и увеличивается в размере, превращаясь в граафов пузырек. При этом яйцевая клетка с окружающими ее фолликулярными клетками оттесняется к одной из сторон пузырька. Приблизительно за 12 дней до менструации граафов пузырек лопается, и яйцевая клетка вместе с окружающими ее фолликулярными клетками попадает в брюшную полость, из которой она сначала попадает на воронку яйцевода, а затем благодаря движениям мерцательных волосков – в яйцевод и матку. Происходит овуляция. Если яйцевая клетка оплодотворяется, она прикрепляется к стенке матки и из нее начинает развиваться зародыш.

После овуляции стенки граафова пузырька спадаются. На поверхности яичника на месте граафова пузырька образуется временная железа внутренней секреции – желтое тело. Желтое тело выделяет гормон прогестерон, который подготавливает слизистую оболочку матки к восприятию зародыша. Если произошло оплодотворение, желтое тело сохраняется и развивается в течение всей беременности или большей ее части. Желтое тело во время беременности достигает 2 см и более и оставляет после себя рубец. Если оплодотворение не наступило, то желтое тело атрофируется и поглощается фагоцитами (периодическое желтое тело), после чего наступает новая овуляция.

Половой цикл у женщин проявляется в менструациях. Первая менструация появляется после созревания первой яйцевой клетки, лопания граафова пузырька и развития желтого тела. В среднем половой цикл продолжается 28 дней и делится на четыре периода:

1) период восстановления слизистой оболочки матки в течение 7–8 дней, или период покоя;

2) период разрастания слизистой оболочки матки и ее увеличения в течение 7–8 дней, или предовуляционный, вызываемый усиленной секрецией фолликулотропного гормона гипофиза и эстрогенов;

3) секреторный период – выделение секрета, богатого слизью и гликогеном, в слизистой оболочке матки, соответствующий созреванию и разрыву граафова пузырька, или овуляционный период;

4) период отторжения, или послеовуляционный, продолжающийся в среднем 3–5 дней, в течение которого матка тонически сокращается, ее слизистая оболочка отторгается небольшими кусками и выделяется 50-150 куб. см крови. Последний период наступает только при отсутствии оплодотворения.

К эстрогенам относятся: эстрон (фолликулярный гормон), эстриол и эстрадиол. Они образуются в яичниках. Там же секретируется небольшое количество андрогенов. В желтых телах и плаценте образуется прогестерон. В период отторжения прогестерон тормозит секрецию фолликулотропного гормона и других гонадотропных гормонов гипофиза, что приводит к снижению количества синтезируемых эстрогенов в яичнике.

Половые гормоны оказывают значительное влияние на обмен веществ, чем обусловливают количественные и качественные особенности обмена веществ мужского и женского организмов. Андрогены усиливают синтез белка в организме и мышцах, что увеличивает их массу, способствуют образованию костей и потому повышают вес тела, уменьшают синтез гликогена в печени. Эстрогены, наоборот, увеличивают синтез гликогена в печени и отложение жира в организме.

4.9. Развитие половых органов ребенка. Период полового созревания

Биологической зрелости организм человека достигает в течение периода полового созревания. В это время происходит пробуждение полового инстинкта, поскольку дети не рождаются с развитым половым рефлексом. Сроки наступления полового созревания и его интенсивность различны и зависят от многих факторов: состояния здоровья, характера питания, климата, бытовых и социально-экономических условий. Немаловажную роль играют и наследственные особенности. В городах половое созревание подростков обычно наступает раньше, чем в сельской местности.

В переходный период происходит глубокая перестройка всего организма. Активизируется деятельность желез внутренней секреции. Под влиянием гормонов гипофиза ускоряется рост тела в длину, усиливается деятельность щитовидной железы, надпочечников, начинается активная деятельность половых желез. Повышается возбудимость вегетативной нервной системы. Под влиянием половых гормонов происходит окончательное формирование половых органов и половых желез, начинают развиваться вторичные половые признаки. У девочек округляются контуры тела, усиливается отложение жира в подкожной клетчатке, увеличиваются и развиваются грудные железы, кости таза раздаются в ширину. У мальчиков растут волосы на лице и теле, ломается голос, происходит накопление семенной жидкости.

Половое созревание девочек. У девочек половое созревание начинается раньше, чем у мальчиков. В 7–8 лет происходит развитие жировой клетчатки по женскому типу (жир откладывается в молочных железах, на бедрах, ягодицах). В 13–15 лет идет быстрый рост тела в длину, появляется растительность на лобке и в подмышечных впадинах; изменения происходят и в половых органах: матка увеличивается в размерах, в яичниках созревают фолликулы, начинается менструация. В 16–17 лет заканчивается формирование скелета по женскому типу. В 19–20 лет окончательно стабилизируется менструальная функция, наступает анатомическая и физиологическая зрелость.

Половое созревание мальчиков. Начинается половое созревание у мальчиков в 10–11 лет. В это время усиливается рост полового члена и яичек. В 12–13 лет изменяется форма гортани и ломается голос. В 13–14 лет формируется скелет по мужскому типу. В 15–16 лет усиленно растут волосы под мышками и на лобке, появляется растительность на лице (усы, борода), увеличиваются яички, начинается непроизвольное извержение семени. В 16–19 лет идет нарастание мышечной массы и увеличение физической силы, заканчивается процесс физического взросления.

Особенности периода полового созревания подростка. В период полового созревания перестраивается весь организм, меняется психика подростка. При этом развитие происходит неравномерно, одни процессы опережают другие. Например, рост конечностей опережает рост туловища, и движения подростка становятся угловатыми из-за нарушения координационных отношений в центральной нервной системе. Параллельно с этим возрастает мышечная сила (от 15 до 18 лет масса мышц увеличивается на 12 %, в то время как с момента рождения ребенка до 8 лет она увеличивается всего лишь на 4 %).

За столь бурным ростом костного скелета и мышечной системы не всегда поспевают внутренние органы – сердце, легкие, желудочно-кишечный тракт. Так, сердце опережает в росте кровеносные сосуды, из-за чего кровяное давление повышается и затрудняет работу самого сердца. В то же время бурная перестройка всего организма предъявляет повышенные требования к работе сердечно-сосудистой системы, а недостаточная работа сердца («юношеское сердце») приводит к головокружениям и похолоданию конечностей, к головным болям, быстрой утомляемости, периодическим приступам вялости, обморочным состояниям из-за спазмов мозговых сосудов. Как правило, эти негативные явления проходят с окончанием полового созревания.

Резкое усиление деятельности желез внутренней секреции, интенсивный рост, структурные и физиологические изменения в организме повышают возбудимость центральной нервной системы, что отражается на эмоциональном уровне: эмоции подростков подвижны, изменчивы, противоречивы; повышенная чувствительность сочетается в них с черствостью, застенчивость – с развязностью; проявляются чрезмерный критицизм и нетерпимость к родительской опеке.

В этот период иногда наблюдаются снижение работоспособности, невротические реакции – раздражимость, плаксивость (особенно у девочек в период менструации).

Возникают новые отношения между полами. У девочек повышается интерес к своей внешности. Мальчики стремятся показать перед девочками свою силу. Первые «любовные переживания» подчас выбивают подростков из колеи, они становятся замкнутыми, начинают хуже учиться.

Тема 5. АНАЛИЗАТОРЫ. ГИГИЕНА ОРГАНОВ ЗРЕНИЯ И СЛУХА

5.1. Понятие об анализаторах

Анализатором (сенсорной системой) называют часть нервной системы, состоящую из множества специализированных воспринимающих рецепторов, а также промежуточных и центральных нервных клеток и связывающих их нервных волокон. Для возникновения ощущения необходимо наличие следующих функциональных элементов:

1) рецепторов органа чувств, осуществляющих воспринимающую функцию (например, для зрительного анализатора это рецепторы сетчатки глаза);

2) центростремительного пути из этого органа чувств в большие полушария, обеспечивающего проводящую функцию (например, зрительные нервы и проводящие пути через промежуточный мозг);

3) воспринимающей зоны в больших полушариях, реализующей анализирующую функцию (зрительной зоны в затылочной области больших полушарий мозга).

Специфичность рецепторов. Рецепторы – это специализированные образования, приспособленные для восприятия определенных воздействий внешней и внутренней среды. Рецепторы обладают специфичностью, т. е. высокой возбудимостью только к определенным раздражителям, получившим название адекватных. В частности, для глаза адекватным раздражителем являются световые, а для уха – звуковые волны и т. д. При действии адекватных раздражителей возникают ощущения, характерные для определенного органа чувств. Так, раздражение глаза вызывает зрительные ощущения, уха – слуховые и т. д. Кроме адекватных, существуют и неадекватные (инадекватные) раздражители, которые вызывают только незначительную часть ощущений, свойственных данному органу чувств, или действуют необычным образом. Например, механическое или электрическое раздражение глаза воспринимается как яркая вспышка света («фосфен»), но не дает образа предмета и восприятия цветов. Специфичность органов чувств является результатом приспособления организма к условиям внешней среды.

Каждый рецептор характеризуется следующими свойствами:

а) определенной величиной порога возбудимости, т. е. наименьшей силой раздражителя, способной вызвать ощущение;

б) хронаксией;

в) временным порогом – наименьшим интервалом между двумя раздражениями, при котором различаются два ощущения;

г) порогом различения – наименьшим приростом силы раздражителя, вызывающим едва заметную разницу ощущения (например, чтобы при закрытых глазах различить разницу в давлении груза на кожу, нужно добавить около 3,2–5,3 % первоначального груза);

д) адаптацией – резким падением (возрастанием) силы ощущения сразу же после начала действия раздражителя. Адаптация основана на уменьшении частоты волн возбуждения, возникающем в рецепторе при его раздражении.

Органы вкуса. В эпителии слизистой оболочки ротовой полости находятся вкусовые луковицы, имеющие круглую или овальную форму. Они состоят из продолговатых и плоских клеток, располагающихся у основания луковицы. Продолговатые клетки делятся на опорные (находятся на периферии) и вкусовые (расположенные в центре). В каждой вкусовой луковице от двух до шести вкусовых клеток, а их общее число у взрослого человека доходит до 9 тыс. Вкусовые луковицы располагаются в сосочках слизистой оболочки языка. Вершина вкусовой луковицы не доходит до поверхности эпителия, а сообщается с поверхностью с помощью вкусового канала. Отдельные вкусовые сосочки находятся на поверхности мягкого неба, задней стенки глотки, надгортанника. Центростремительные импульсы из каждой вкусовой луковицы проводятся по двум-трем нервным волокнам. Эти волокна входят в состав барабанной струны и язычного нерва, которые иннервируют передние две трети языка, а с задней его трети входят в состав языкоглоточного нерва. Далее через зрительные бугры центростремительные импульсы поступают во вкусовую зону больших полушарий.

Органы обоняния. Рецепторы обоняния находятся в верхней части полости носа. Обонятельные клетки являются нейронами, окруженными опорными цилиндрическими клетками. У человека 60 млн обонятельных клеток, поверхность каждой из них покрыта ресничками, которые увеличивают обонятельную поверхность, составляющую у человека примерно 5 кв. см. Из обонятельных клеток центростремительные импульсы по нервным волокнам, проходящим через отверстия в решетчатой кости, входят в обонятельный нерв, а затем через подкорковые центры, где располагаются вторые и третьи нейроны, поступают в обонятельную зону больших полушарий. Так как обонятельная поверхность расположена в стороне от дыхательного пути, воздух с пахучими веществами проникает к ней только путем диффузии.

Органы кожной чувствительности. Кожные рецепторы подразделяют на тактильные (их раздражение вызывает ощущения осязания), терморецепторы (вызывают ощущения тепла и холода) и болевые рецепторы.

Ощущения осязания, или прикосновения и давления, различаются по своему характеру, например языком нельзя ощущать пульс. В коже человека насчитывается примерно 500 тыс. тактильных рецепторов. Порог возбудимости тактильных рецепторов в различных участках тела неодинаков: наибольшая возбудимость у рецепторов кожи носа, кончиков пальцев и слизистой оболочки губ, наименьшая – у кожи живота и паховой области. У тактильных рецепторов одновременный пространственный порог (наименьшее расстояние между рецепторами, при котором одновременное раздражение кожи вызывает два ощущения) наименьший, у болевых рецепторов – наибольший. У тактильных рецепторов также наименьший временной порог, т. е. интервал времени между двумя последовательными раздражениями, при котором вызываются два раздельных ощущения.

Общее количество терморецепторов – около 300 тыс., из них тепловых – 250 тыс., холодовых – 30 тыс. Холодовые рецепторы расположены ближе к поверхности кожи, тепловые – глубже.

Болевых рецепторов насчитывается от 900 тыс. до 1 млн. Болевые ощущения возбуждают оборонительные рефлексы скелетной мускулатуры и внутренних органов, однако длительное сильное раздражение болевых рецепторов вызывает нарушение многих функций организма. Болевые ощущения локализовать сложнее, чем другие виды кожной чувствительности, так как возбуждение, возникающее при раздражении болевых рецепторов, широко иррадиирует по нервной системе. Одновременное раздражение рецепторов зрения, слуха, обоняния и вкуса снижает ощущение боли.

Вибрационные ощущения (колебания предметов с частотой 2-10 раз в секунду) хорошо воспринимаются кожей пальцев и костями черепа. Центростремительные импульсы от рецепторов кожи поступают по задним корешкам в спинной мозг и доходят до нейронов задних рогов. Затем по нервным волокнам, входящим в состав задних столбов (нежный и клиновидный пучки) и боковых (спинно-таламический пучок), импульсы доходят до передних ядер зрительных бугров. Отсюда начинаются волокна третьего нейрона, которые вместе с волокнами проприорецептивной чувствительности доходят до зоны кожно-мышечной чувствительности в задней центральной извилине больших полушарий.

5.2. Органы зрения. Строение глаза

Глазное яблоко состоит из трех оболочек: наружной, средней и внутренней. Наружная, или фиброзная, оболочка образована из плотной соединительной ткани – роговицы (спереди) и непрозрачной склеры, или белочной оболочки (сзади). Средняя (сосудистая) оболочка содержит кровеносные сосуды и состоит из трех отделов:

1) переднего отдела (радужной оболочки, или радужки). Радужная оболочка содержит гладкие мышечные волокна, составляющие две мышцы: круговую, суживающую зрачок, находящийся почти в центре радужной оболочки, и радиальную, расширяющую зрачок. Ближе к передней поверхности радужки находится пигмент, определяющий цвет глаза и непрозрачность этой оболочки. Радужная оболочка прилегает своей задней поверхностью к хрусталику;

2) среднего отдела (ресничного тела). Ресничное тело расположено в месте перехода склеры в роговицу и имеет до 70 ресничных радиальных отростков. Внутри ресничного тела находится ресничная, или цилиарная, мышца, состоящая из гладких мышечных волокон. Ресничная мышца ресничными связками прикреплена к сухожильному кольцу и сумке хрусталика;

3) заднего отдела (собственно сосудистой оболочки).

Наиболее сложное строение имеет внутренняя оболочка (сетчатка). Основными рецепторами сетчатки являются палочки и колбочки. В сетчатке человека насчитывается около 130 млн палочек и около 7 млн колбочек. У каждой палочки и колбочки два членика – наружный и внутренний, у колбочки наружный членик короче. В наружных члениках палочек содержится зрительный пурпур, или родопсин (вещество пурпурного цвета), в наружных члениках колбочек – йодопсин (фиолетового цвета). Внутренние членики палочек и колбочек соединены с нейронами, имеющими два отростка (биполярными клетками), которые контактируют с ганглиозными нейронами, входящими своими волокнами в состав зрительного нерва. Каждый зрительный нерв содержит около 1 млн нервных волокон.

Распределение палочек и колбочек в сетчатке имеет следующий порядок: в середине сетчатки имеется центральная ямка (желтое пятно) диаметром в 1 мм, в ней находятся только колбочки, ближе к центральной ямке располагаются колбочки и палочки, а на периферии сетчатки – только палочки. В центральной ямке каждая колбочка через биполярную клетку соединена с одним нейроном, сбоку от нее несколько колбочек также соединяются с одним нейроном. Палочки в отличие от колбочек соединяются с одной биполярной клеткой по нескольку штук (около 200). Благодаря такому строению в центральной ямке обеспечивается наибольшая острота зрения. На расстоянии примерно 4 мм кнутри от центральной ямки находится сосок зрительного нерва (слепое пятно), в центре соска расположены центральная артерия и центральная вена сетчатки.

Между задней поверхностью роговой оболочки и передней поверхностью радужной оболочки и частично хрусталика находится передняя камера глаза. Между задней поверхностью радужной оболочки, передней поверхностью ресничной связки и передней поверхностью хрусталика расположена задняя камера глаза. Обе камеры заполнены прозрачной водянистой влагой. Все пространство между хрусталиком и сетчаткой занято прозрачным стекловидным телом.

Светопреломление в глазу. К светопреломляющим средам глаза относятся: роговица, водянистая влага передней камеры глаза, хрусталик и стекловидное тело. Во многом ясность зрения зависит от прозрачности этих сред, однако преломляющая сила глаза почти полностью зависит от лучепреломления в роговице и хрусталике. Лучепреломление измеряется в диоптриях. Диоптрия – это величина, обратная фокусному расстоянию. Преломляющая сила роговицы постоянна и равна 43 дптр. Преломляющая сила хрусталика непостоянна и изменяется в широких пределах: при смотрении на ближайшем расстоянии – 33 дптр, вдаль – 19 дптр. Преломляющая сила всей оптической системы глаза: при смотрении вдаль – 58 дптр, на ближнее расстояние – 70 дптр.

Параллельные световые лучи после преломления в роговице и хрусталике сходятся в одну точку в центральной ямке. Линия, проходящая через центры роговицы и хрусталика в центр желтого пятна, называется зрительной осью.

Аккомодация. Способность глаза четко различать предметы, находящиеся на разных расстояниях, называется аккомодацией. Явление аккомодации основано на рефлекторном сокращении или расслаблении ресничной, или цилиарной, мышцы, иннервируемой парасимпатическими волокнами глазодвигательного нерва. Сокращение и расслабление цилиарной мышцы изменяет кривизну хрусталика:

а) когда мышца сокращается, происходит расслабление ресничной связки, что вызывает увеличение светопреломления, потому что хрусталик становится более выпуклым. Такое сокращение ресничной мышцы, или напряжение зрения, происходит, когда предмет приближается к глазу, т. е. при рассматривании предмета, находящегося на максимально близком расстоянии;

б) когда мышца расслабляется, ресничные связки натягиваются, сумка хрусталика сдавливает его, кривизна хрусталика уменьшается и его лучепреломление снижается. Это происходит при отдалении предмета от глаза, т. е. при смотрении вдаль.

Сокращение ресничной мышцы начинается, когда предмет приближается на расстояние около 65 м, затем ее сокращения усиливаются и становятся отчетливыми при приближении предмета на расстояние 10 м. Далее, по мере приближения предмета сокращения мышцы все более усиливаются и наконец доходят до предела, при котором четкое видение становится невозможным. Минимальное расстояние от предмета до глаза, на котором он четко видим, называется ближайшей точкой ясного видения. У нормального глаза дальняя точка ясного видения находится в бесконечности.

Дальнозоркость и близорукость. Здоровый глаз при смотрении вдаль преломляет пучок параллельных лучей так, что они фокусируются в центральной ямке. При близорукости параллельные лучи собираются в фокус впереди центральной ямки, в нее попадают расходящиеся лучи и потому изображение предмета расплывается. Причинами близорукости могут быть напряжение ресничной мышцы при аккомодации на близкое расстояние или слишком длинная продольная ось глаза.

При дальнозоркости (из-за короткой продольной оси) параллельные лучи фокусируются позади сетчатки, и в центральную ямку попадают сходящиеся лучи, что также вызывает нечеткость изображения.

Оба дефекта зрения можно корректировать. Близорукость исправляют двояковогнутые линзы, которые уменьшают лучепреломление и отодвигают фокус на сетчатку; дальнозоркость – двояковыпуклые линзы, увеличивающие лучепреломление и потому придвигающие фокус на сетчатку.

5.3. Световая и цветовая чувствительность. Световоспринимающая функция

При действии световых лучей происходит фотохимическая реакция расщепления родопсина и йодопсина, причем скорость реакции зависит от длины волны луча. Расщепление родопсина на свету дает световое ощущение (бесцветное), йодопсина – цветовое. Родопсин расщепляется значительно быстрее йодопсина (примерно в 1000 раз), поэтому возбудимость палочек к свету больше, чем колбочек. Это позволяет видеть в сумерках и при слабом освещении.

Родопсин состоит из белка опсина и окисленного витамина А (ретинена). Йодопсин также состоит из соединения ретинена с белком опсином, но другого химического состава. В темноте при достаточном поступлении витамина А восстановление родопсина и йодопсина усиливается, поэтому при переизбытке витамина А (гиповитаминозе) происходит резкое ухудшение ночного зрения – гемералопия. Разница в скорости расщепления родопсина и йодопсина приводит к различию в сигналах, поступающих в зрительный нерв.

В результате фотохимической реакции возникшее возбуждение из ганглиозных клеток передается по зрительному нерву в наружные коленчатые тела, где происходит первичная обработка сигнала. Затем импульсы передаются в зрительные зоны больших полушарий, где они декодируются в зрительные образы.

Цветоощущение. Человеческий глаз воспринимает световые лучи различной длины волны от 390 до 760 нм: красный – 620–760, оранжевый – 585–620, желтый – 575–585, зелено-желтый – 550–575, зеленый – 510–550, голубой – 480–510, синий – 450–480, фиолетовый – 390–450. Световые лучи, имеющие длину волны меньше 390 нм и больше 760 нм, глазом не воспринимаются. Самая распространенная теория цветоощущения, основные положения которой впервые были высказаны М.В. Ломоносовым в 1756 г., а в дальнейшем развиты английским ученым Томасом Юнгом (1802) и Г.Л.Ф. Гельмгольцем (1866) и подтверждены данными современных морфофизиологических и электрофизиологических исследований, состоит в следующем.

Существует три вида колбочек, в каждой из которых имеется только одно цветореактивное вещество, обладающее возбудимостью к одному из основных цветов (красному, зеленому или синему), а также три группы волокон, каждая из которых проводит импульсы от колбочек одного вида. Цветовой раздражитель действует на все три вида колбочек, но в разной степени. Различные сочетания степени возбуждения колбочек создают разные цветовые ощущения. При равном раздражении всех трех типов колбочек возникает ощущение белого цвета. Данная теория получила название трехкомпонентной теории цвета.

Особенности координации зрения у новорожденных. Ребенок рождается видящим, но четкое, ясное видение у него еще не развито. В первые дни после рождения движения глаз у детей не координированы. Так, можно наблюдать, что у ребенка правый и левый глаз двигаются в противоположных направлениях или при неподвижности одного глаза второй свободно двигается. В этот же период наблюдаются некоординированные движения век и глазного яблока (одно веко может быть открыто, а другое опущено). Становление координации зрения происходит ко второму месяцу жизни.

Слезные железы у новорожденного развиты нормально, но плачет он без слез – отсутствует защитный слезный рефлекс из-за недоразвития соответствующих нервных центров. Слезы при плаче у детей появляются после 1,2–2 месяцев.

5.4. Световой режим в учебных заведениях

Как правило, учебный процесс тесно связан со значительным напряжением зрения. Нормальный или немного повышенный уровень освещения школьных помещений (классных комнат, кабинетов, лабораторий, учебных мастерских, актового зала и т. д.) способствует снижению напряжения нервной системы, сохранению работоспособности и поддержанию активного состояния учащихся.

Солнечный свет, в частности ультрафиолетовые лучи, способствуют росту и развитию детского организма, снижают риск распространения инфекционных болезней, обеспечивают образование витамина D в организме.

При недостаточном освещении учебных помещений школьники слишком низко наклоняют голову при чтении, письме и др. Это вызывает усиленный приток крови к глазному яблоку, оказывающей на него дополнительное давление, которое приводит к изменению его формы и способствует развитию близорукости. Чтобы избежать этого, желательно обеспечить проникновение прямых солнечных лучей в помещения школы и строго соблюдать нормы искусственного освещения.

Естественное освещение. Освещенность рабочего места школьника и учителя прямыми или отраженными лучами солнца зависит от нескольких параметров: от расположения школьного здания на участке (ориентации), интервала между высокими зданиями, соблюдения коэффициента естественной освещенности, светового коэффициента.

Коэффициент естественной освещенности (КЕО) – это выраженное в процентах отношение освещенности (в люксах) внутри помещения к освещенности на том же уровне под открытым небом. Данный коэффициент считается основным показателем освещенности классной комнаты. Он определяется при помощи люксметра. Минимально допустимый КЕО для классных комнат в районах средней полосы России – 1,5 %. В северных широтах этот коэффициент выше, в южных – ниже.

Световой коэффициент – это отношение площади стекла в окнах к площади пола. В классах и мастерских школы он должен быть не менее 1: 4, в коридорах и спортивном зале – соответственно 1:5, 1:6, во вспомогательных помещениях – 1: 8, на лестничных площадках – 1: 12.

Освещенность классных комнат естественным светом зависит от формы и величины окон, их высоты, а также от наружного окружения здания (соседние дома, зеленые насаждения).

Закругление верхней части оконного проема при одностороннем освещении нарушает отношение высоты края окна к глубине (ширине) комнаты, которое должно составлять 1:2, т. е. глубина комнаты должна превышать двойную высоту от пола до верхнего края окна. На практике это означает: чем выше верхний край окна, тем больше прямых солнечных лучей попадает в комнату и тем лучше освещены парты, стоящие в третьем ряду от окон.

Для предотвращения слепящего действия прямых солнечных лучей и перегревания комнат над окнами снаружи навешивают специальные козырьки, а изнутри помещение затеняют светлыми шторами. Для предотвращения слепящего действия отраженных лучей не рекомендуется красить потолки и стены масляными красками.

На освещенность школьных помещений влияет и цвет мебели, поэтому парты красят в светлые тона или покрывают светлым пластиком. Загрязненность оконных стекол и цветы, стоящие на подоконниках, снижают освещенность. На подоконники разрешается ставить цветы высотой (вместе с вазоном) не более 25–30 см. Высокие цветы размещают у окон на подставках, причем так, чтобы их крона не выступала над подоконником выше 25–30 см, или в простенках на подставках-лесенках или кашпо.

Искусственное освещение. В качестве источников искусственного освещения школьных помещений применяются лампы накаливания мощностью 250–350 Вт и люминесцентные лампы «белого» света (типа СБ) мощностью 40 и 80 Вт. Люминесцентные светильники рассеянного света подвешивают в помещениях, где высота потолка составляет 3,3 м, при меньшей высоте используют потолочные плафоны. Все светильники должны быть оборудованы бесшумными пускорегулирующими устройствами. Общая мощность люминесцентных ламп классной комнаты должна составлять 1040 Вт, ламп накаливания – 2400 Вт, что достигается путем установки не менее восьми светильников по 130 Вт в каждом при люминесцентном освещении и восьми светильников по 300 Вт при лампах накаливания. Норма освещенности (в ваттах) на 1 кв. м площади классной комнаты (так называемая удельная мощность) при люминесцентных лампах составляет 21–22, при лампах накаливания – 42–48. Первая соответствует освещенности в 300 лк, вторая – 150 лк на рабочем месте школьника.

Смешанное освещение (естественное и искусственное) не влияет на органы зрения. Чего нельзя сказать об одновременном использовании в помещении ламп накаливания и люминесцентных ламп, имеющих разную природу свечения и окраску светового потока.

5.5. Слуховой анализатор

Основной функцией органов слуха является восприятие колебаний воздушной среды. Органы слуха тесно связаны с органами равновесия. Рецепторные аппараты слуховой и вестибулярной системы расположены во внутреннем ухе.

Филогенетически они имеют общее происхождение. Оба рецепторных аппарата иннервируются волокнами третьей пары черепных нервов, оба реагируют на физические показатели: вестибулярный аппарат воспринимает угловые ускорения, слуховой – воздушные колебания.

Слуховые восприятия очень тесно связаны с речью – ребенок, потерявший слух в раннем детстве, утрачивает речевую способность, хотя речевой аппарат у него абсолютно нормален.

У зародыша органы слуха развиваются из слухового пузырька, который вначале сообщается с наружной поверхностью тела, но по мере развития эмбриона отшнуровывается от кожных покровов и образует три полукружных канала, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Часть первичного слухового пузырька, которая связывает эти каналы, называют преддверием. Оно состоит из двух камер – овальной (маточки) и круглой (мешочка).

В нижнем отделе преддверия из тонких перепончатых камер образуется полый выступ, или язычок, который у зародышей вытягивается, а затем скручивается в виде улитки. Язычок образует кортиев орган (воспринимающую часть органа слуха). Этот процесс происходит на 12-й неделе внутриутробного развития, а на 20-й неделе начинается миелинизация волокон слухового нерва. В последние месяцы внутриутробного развития начинается дифференцировка клеток в корковом отделе слухового анализатора, протекающая особенно интенсивно в первые два года жизни. Заканчивается формирование слухового анализатора к 12-13-летнему возрасту.

Орган слуха. Орган слуха человека состоит из наружного уха, среднего уха и внутреннего уха. Наружное ухо служит для улавливания звуков, его образуют ушная раковина и наружный слуховой проход. Ушная раковина образована эластическим хрящом, снаружи покрытым кожей. Внизу ушная раковина дополнена кожной складкой – мочкой, которая заполнена жировой тканью. Определение направления звука у человека связано с бинауральным слухом, т. е. со слышанием двумя ушами. Любой боковой звук поступает в одно ухо раньше, чем в другое. Разница во времени (несколько долей миллисекунды) прихода звуковых волн, воспринимаемых левым и правым ухом, дает возможность определить направление звука. При поражении одного уха человек определяет направление звука вращением головы.

Наружный слуховой проход у взрослого человека имеет длину 2,5 см, емкость – 1 куб. см. Кожа, выстилающая слуховой проход, имеет тонкие волоски и видоизмененные потовые железы, вырабатывающие ушную серу. Они выполняют защитную роль. Ушная сера состоит из жировых клеток, содержащих пигмент.

Наружное и среднее ухо разделяются барабанной перепонкой, представляющей собой тонкую соединительно-тканную пластинку. Толщина барабанной перепонки – около 0,1 мм, снаружи она покрыта эпителием, а изнутри – слизистой оболочкой. Барабанная перепонка располагается наклонно и начинает колебаться при попадании на нее звуковых волн. Поскольку барабанная перепонка не имеет собственного периода колебаний, то она колеблется при любом звуке соответственно его длине волны.

Среднее ухо представляет собой барабанную полость, которая имеет форму маленького плоского барабана с туго натянутой колеблющейся перепонкой и слуховой трубой. В полости среднего уха находятся сочленяющиеся между собой слуховые косточки – молоточек, наковальня и стремечко. Рукоятка молоточка вплетена в барабанную перепонку; другим концом молоточек соединен с наковальней, а последняя с помощью сустава подвижно сочленена со стремечком. К стремечку прикреплена стременная мышца, которая удерживает его у перепонки овального окна, отделяющего внутреннее ухо от среднего. Функцией слуховых косточек является обеспечение увеличения давления звуковой волны при передаче с барабанной перепонки на перепонку овального окна. Это увеличение (примерно в 30–40 раз) помогает слабым звуковым волнам, падающим на барабанную перепонку, преодолеть сопротивление мембраны овального окна и передать колебания во внутреннее ухо, трансформируясь там в колебания эндолимфы.

Барабанная полость соединена с носоглоткой при помощи слуховой (евстахиевой) трубы длиной 3,5 см, очень узкой (2 мм), поддерживающей одинаковое давление снаружи и изнутри на барабанную перепонку, обеспечивая тем самым наиболее благоприятные условия для ее колебания. Отверстие трубы в глотке чаще всего находится в спавшемся состоянии, и воздух проходит в барабанную полость во время акта глотания и зевания.

Внутреннее ухо находится в каменистой части височной кости и представляет собой костный лабиринт, внутри которого есть перепончатый лабиринт из соединительной ткани, который как бы вставлен в костный лабиринт и повторяет его форму. Между костным и перепончатым лабиринтами имеется жидкость – перилимфа, а внутри перепончатого лабиринта – эндолимфа. Кроме овального окошка, в стенке, отделяющей среднее ухо от внутреннего, есть круглое окно, которое делает возможным колебание жидкости.

Костный лабиринт состоит из трех частей: в центре находится преддверие, спереди от него – улитка, а сзади – полукружные каналы. Костная улитка – спирально извивающийся канал, образующий два с половиной оборота вокруг стержня конической формы. Диаметр костного канала у основания улитки – 0,04 мм, на вершине – 0,5 мм. От стержня отходит костная спиральная пластинка, которая делит полость канала на две части – лестницы.

Внутри среднего канала улитки находится спиральный (кортиев) орган. Он имеет базилярную (основную) пластинку, состоящую примерно из 24 тыс. тонких фиброзных волоконец различной длины. Эти волоконца очень упругие и слабо связаны друг с другом. На основной пластинке вдоль нее в пять рядов располагаются опорные и волосковые чувствительные клетки – это и есть слуховые рецепторы.

Внутренние волосковые клетки расположены в один ряд, по всей длине перепончатого канала их насчитывается 3,5 тыс. Наружные волосковые клетки располагаются в три-четыре ряда, их насчитывается 12–20 тыс. Каждая рецепторная клетка имеет удлиненную форму, на ней имеется 60–70 мельчайших волосков (длиной 4–5 мкм). Волоски рецепторных клеток омываются эндолимфой и контактируют с покровной пластинкой, которая нависает над ними. Волосковые клетки охватываются нервными волокнами улитковой ветви слухового нерва. В продолговатом мозге находится второй нейрон слухового пути; потом путь идет, перекрещиваясь, к задним буграм четверохолмия, а от них – в височную область коры, где располагается центральная часть слухового анализатора.

В коре больших полушарий находится несколько слуховых центров. Некоторые из них (нижние височные извилины) предназначены для восприятия более простых звуков – тонов и шумов. Другие связаны со сложнейшими звуковыми ощущениями, которые возникают в то время, когда человек говорит сам, слушает речь или музыку.

Механизм восприятия звука. Для слухового анализатора звук является адекватным раздражителем. Звуковые волны возникают как чередование сгущений и разрежений воздуха и распространяются во все стороны от источника звука. Все вибрации воздуха, воды или другой упругой среды распадаются на периодические (тоны) и непериодические (шумы).

Тоны бывают высокие и низкие. Низким тонам соответствует меньшее число колебаний в секунду. Каждый звуковой тон характеризуется длиной звуковой волны, которой соответствует определенное число колебаний в секунду: чем больше число колебаний, тем короче длина волны. У высоких звуков волна короткая, она измеряется в миллиметрах. Длина волны низких звуков измеряется метрами.

Верхний звуковой порог у взрослого человека составляет 20 000 Гц; самый низкий – 12–24 Гц. Дети имеют более высокую верхнюю границу слуха – 22 000 Гц; у пожилых людей она ниже – около 15 000 Гц. Наибольшей восприимчивостью обладает ухо к звукам с частотой колебаний в пределах от 1000 до 4000 Гц. Ниже 1000 Гц и выше 4000 Гц возбудимость уха сильно понижается.

У новорожденных полость среднего уха заполнена амниотической жидкостью. Это затрудняет колебания слуховых косточек. Со временем жидкость рассасывается, и вместо нее из носоглотки через евстахиеву трубу проникает воздух. Новорожденный ребенок при громких звуках вздрагивает, у него изменяется дыхание, он перестает плакать. Более четким слух у детей становится к концу второго – началу третьего месяца. Через два месяца ребенок дифференцирует качественно различные звуки, в 3–4 месяца различает высоту звука, в 4–5 месяцев звуки для него становятся условно-рефлекторными раздражителями. К 1–2 годам дети различают звуки с разницей в один-два, а к четырем-пяти годам – даже 3/4 и 1/2 музыкального тона.

Острота слуха определяется наименьшей силой звука, вызывающей звуковое ощущение. Это так называемый порог слышимости. У взрослого человека порог слышимости составляет 10–12 дБ, у детей 6–9 лет он равен 17–24 дБ, у детей 10–12 лет – 14–19 дБ. Наибольшая острота слуха достигается к 14–19 годам.

5.6. Вестибулярный аппарат

Вестибулярный аппарат находится во внутреннем ухе и состоит из полукружных каналов, расположенных в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и двух мешочков (овального и круглого), лежащих ближе к улитке. На внутренней поверхности мешочков имеются волосковые клетки. Они расположены в студенистой массе, которая содержит большое количество известковых кристаллов – отолитов.

В расширениях полукружных каналов (ампулах) находится по одному костному гребешку, имеющему серповидную форму. К гребешку прилегает перепончатый лабиринт и скопление опорных и чувствительных рецепторов, которые снабжены волосками. Полукружные каналы заполнены эндолимфой.

Раздражителями отолитового аппарата являются ускоряющееся или замедляющееся движение тела, тряска, качка и наклон тела или головы в сторону, вызывающие давление отолитов на волоски рецепторных клеток. Раздражителем рецепторов полукружных каналов является ускоренное или замедленное вращательное движение в какой-либо плоскости. Импульсы, идущие от отолитового аппарата и полукружных каналов, делают возможным анализ положения головы в пространстве и изменений скорости и направления движений. Усиленное раздражение вестибулярного аппарата сопровождается учащением или замедлением сокращений сердца, дыхания, рвотой, усиленным потоотделением. При повышенной возбудимости вестибулярного аппарата в условиях морской качки наступают признаки «морской болезни», которые характеризуются вышеперечисленными вегетативными расстройствами. Аналогичные изменения наблюдаются при полетах, поездках в поезде и автомобиле.

Тема 6. АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗРЕВАНИЯ МОЗГА

6.1. Развитие больших полушарий и локализация функций в коре головного мозга

Возрастные изменения строения головного мозга. Головной мозг новорожденных и дошкольников короче и шире, чем у школьников и взрослых. До 4 лет происходит почти равномерный рост мозга в длину, ширину и высоту, а с 4 до 7 лет особенно интенсивно увеличивается его высота. Отдельные доли мозга растут неравномерно: лобная и теменная доли растут быстрее височной и особенно затылочной. Средний абсолютный вес головного мозга у мальчиков и девочек составляет соответственно (в граммах):

у новорожденных – 391 и 388;

в 2 года – 1011 и 896;

в 3 года – 1080 и 1068;

в 5 лет – 1154 и 1168,

в 9 – 1270 и 1236.

К 7 годам вес мозга соответствует 4/5 веса мозга у взрослых. После 9 лет вес головного мозга прибавляется медленно, к 20 годам он достигает уровня взрослых, а наибольший вес мозг имеет в 20–30 лет.

Индивидуальные колебания веса мозга составляют 40–60 %. Это обусловливается вариациями веса тела у взрослых. В период от рождения до взрослого состояния вес головного мозга увеличивается примерно в четыре раза, а вес тела – в 20 раз. На долю больших полушарий приходится 80 % от общего веса головного мозга. С возрастом изменяется соотношение между количеством нейронов и количеством клеток глии: относительное количество нейронов уменьшается, а относительное количество клеток глии возрастает. Кроме того, изменяются и химический состав головного мозга, и содержание в нем воды. Так, в головном мозге новорожденного вода составляет 91,5 %, восьмилетнего ребенка – 86,0 %. Головной мозг взрослых отличается от головного мозга детей и обменом веществ: он в два раза меньше. В возрасте от 15 до 20 лет увеличивается просвет кровеносных сосудов головного мозга.

Количество спинно-мозговой жидкости у новорожденных меньше, чем у взрослых (40–60 г), а содержание белков – больше. В дальнейшем, с 8-10 лет количество спинно-мозговой жидкости у детей почти одинаковое со взрослыми, а количество белков уже с 6-12 месяцев развития больших полушарий у детей соответствует уровню взрослых. Развитие нейронов в больших полушариях предшествует появлению борозд и извилин. В первые месяцы жизни они есть и в сером, и в белом веществе. Строение нейронов трехлетнего ребенка не отличается от нейронов взрослого, однако усложнение их строения происходит до 40 лет. Количество нейронов при рождении примерно такое же, как у взрослых, после рождения появляется лишь небольшое число новых высокодифференцированных нейронов, а малодифференцированные нейроны продолжают делиться.

Уже в начале четвертого месяца внутриутробной жизни большие полушария покрывают зрительные бугры, в этот период на их поверхности есть только одно вдавление – будущая сильвиева борозда. Бывают случаи, когда у трехмесячного плода имеются теменно-затылочные и шпорная борозды. У пятимесячного зародыша есть сильвиева, теменно-затылочная, мозолистокраевая и центральная борозды. Шестимесячный зародыш имеет все главные борозды. Вторичные борозды появляются после 6 месяцев внутриутробной жизни, третичные борозды – в конце внутриутробной жизни. К концу седьмого месяца внутриутробного развития большие полушария покрывают весь мозжечок. Асимметрия в строении борозд в обоих полушариях наблюдается уже в начале их закладки и сохраняется в течение всего периода развития головного мозга.

У новорожденных есть все первичные, вторичные и третичные борозды, но они продолжают развиваться и после рождения, особенно до 1–2 лет. К 7-12 годам борозды и извилины имеют такой же вид, как у взрослого человека.

Еще во внутриутробный период жизни у детей формируются моторная и кожно-мышечная чувствительность, а затем почти одновременно – зрительная и слуховая. Раньше всех созревает часть премоторной зоны, которая регулирует двигательную и секреторную функции внутренних органов.

Развитие ствола головного мозга, мозжечка и лимбической доли. Образования мозгового ствола развиваются неравномерно, до рождения в них преобладает серое вещество, после рождения – белое. В первые два года жизни в связи с развитием автоматических движений сагиттальный размер хвостатого тела и чечевицеобразного ядра увеличивается в два раза, фронтальный размер зрительного бугра и чечевицеобразного ядра – в три раза, хвостатого ядра – в два раза. У новорожденного объем подкорковых образований менторной зоны (сюда входят хвостатое тело, скорлупа, безымянная субстанция, бледный шар, льюисово тело, красное ядро, черная субстанция) составляет по отношению к взрослому 19–40 %, а у ребенка 7 лет – 94–98 %.

Зрительный бугор растет достаточно медленно. Развитие сагиттального размера зрительного бугра отстает, и лишь к 13 годам сагиттальный размер увеличивается в два раза. Развитие ядер зрительного бугра происходит в разное время: у новорожденного большего развития достигают срединные ядра, после рождения быстрее развиваются боковые ядра, участвующие в чувствительности кожи. Ускорение роста зрительного бугра наблюдается в 4 года, к 7 годам его строение приближено к взрослому, а в 13 лет он достигает размеров взрослого.

Поверхность наружного коленчатого тела у новорожденного составляет 46 % от ее величины у взрослого, к 2 годам – 74 %, к 7 годам – 96 %. К этому возрасту увеличиваются размеры нейронов внутреннего коленчатого тела. Серый бугор созревает к 6 годам, ядра, выполняющие вегетативные функции, – к 7 годам, секретирующие гормоны гипофиза – к 13–14 годам, центральное серое вещество гипоталамической области завершает свое развитие к 13–17 годам.

Гипоталамическая область формируется во внутриутробной жизни, но развитие ее ядер завершается в разном возрасте. Развивается гипоталамическая область быстрее коры головного мозга. К 3 годам созревают ядра сосковидных тел и льюисовы тела. Заканчивается развитие гипоталамической области в период полового созревания.

Красное ядро среднего мозга формируется вместе со своими проводящими путями раньше пирамидных путей. Черное вещество среднего мозга к 16 годам становится достаточно развитым. Варолиев мост к 5 годам доходит до уровня, на котором он расположен у взрослого. Формирование нежного и клиновидного ядер продолговатого мозга в основном завершается к 6 годам.

Образования продолговатого мозга развиваются не одновременно. С возрастом объем нейронов увеличивается, а их количество на единицу площади уменьшается. Созревание ядер блуждающих нервов заканчивается в основном к 7 годам. Это связано с развитием координации движений и легких.

У новорожденного червь мозжечка развит больше, чем его полушария, а весь мозжечок в среднем весит 21–23 г. Особенно интенсивно он растет в первые годы жизни, достигая к одному году 84–94 г, в 15 лет – 150 г. Это также связано с развитием координации движений. С возрастом уменьшается относительное количество серого вещества и увеличивается количество белого, которое у школьников и взрослых преобладает над серым. Зубчатое ядро особенно интенсивно растет на первом году жизни. Нейроны коры мозжечка заканчивают свое развитие в разные сроки: корзинчатые нейроны наружного молекулярного слоя – к одному году, нейроны Пуркинье – к 8 годам. Толщина молекулярного слоя увеличивается с возрастом больше, чем толщина зернистого.

Ножки мозжечка развиваются неодновременно и неравномерно. Нижние ножки усиленно растут на первом году жизни, затем происходит замедление их роста. С 1 до 7 лет происходит значительное увеличение связи нижних ножек с полушариями мозжечка. Средние ножки (самые развитые), переходящие в варолиев мост, интенсивно растут до 2 лет. Верхние ножки, начинающиеся в зубчатом ядре и заканчивающиеся в красном ядре среднего мозга, в составе которых проходят центростремительные и центробежные волокна, связывающие мозжечок со зрительными буграми, полосатыми телами и корой головного мозга, полностью формируются в школьном возрасте.

Хотя лимбическая доля развивается быстрее по сравнению с другими областями новой коры, ее поверхность по отношению ко всей коре полушария с возрастом уменьшается: у новорожденного она составляет 5,4 %, в 2 года – 3,9 %, в 7 лет и у взрослого – 3,4 %.

Развитие проводящих путей. Особенно быстрое развитие проекционных путей идет после рождения и до 1 года, от 2 до 7 лет происходит его постепенное замедление, после 7 лет рост идет очень медленно. В процессе развития проекционных путей увеличивается асимметрия: центростремительные пути формируются раньше, чем центробежные. Миелинизация некоторых центробежных путей иногда заканчивается через 4-10 лет после рождения.

В первую очередь формируются проекционные пути, потом – спаечные, затем – ассоциационные. По мере взросления ассоциационные пути становятся шире и начинают преобладать над проекционными – это связано с развитием воспринимающих зон. Развитие мозолистого тела непосредственно зависит от развития воспринимающих зон. Поясной пучок образуется раньше других ассоциационных путей. Крючковидный пучок развивается раньше верхнего продольного пучка.

6.2. Условные и безусловные рефлексы. И.П. Павлов

Рефлексы – это ответные реакции организма на внешние и внутренние раздражители. Рефлексы бывают безусловные и условные.

Безусловные рефлексы – врожденные, постоянные, наследственно передаваемые реакции, свойственные представителям данного вида организмов. К безусловным относят зрачковый, коленный, ахиллов и другие рефлексы. Некоторые безусловные рефлексы осуществляются только в определенном возрасте, например в период размножения, и при нормальном развитии нервной системы. К таким рефлексам относят сосательные и двигательные, которые есть уже у 18-недельного плода.

Безусловные рефлексы являются основой выработки условных рефлексов у животных и человека. У детей по мере взросления они переходят в синтетические комплексы рефлексов, увеличивающих приспособляемость организма к условиям внешней среды.

Условные рефлексы – приспособительные реакции организма, являющиеся временными и строго индивидуальными. Они возникают у одного или нескольких представителей вида, которые были подвергнуты обучению (дрессировке) или воздействию среды. Выработка условных рефлексов происходит постепенно, при наличии определенных условий среды, например повторяемости условного раздражителя. Если условия выработки рефлексов постоянны из поколения в поколение, то условные рефлексы могут стать безусловными и наследоваться в ряду поколений. Примером такого рефлекса может служить раскрывание клюва слепыми и неоперившимися птенцами в ответ на сотрясение гнезда птицей, прилетающей их кормить.

Проведенные И.П. Павловым многочисленные опыты показали, что основу выработки условных рефлексов составляют импульсы, поступающие по афферентным волокнам из экстеро– или интерорецепторов. Для образования их необходимы следующие условия:

а) действие индифферентного (в будущем условного) раздражителя должно быть раньше действия безусловного раздражителя (для оборонительного двигательного рефлекса минимальная разница во времени равна 0,1 с). При другой последовательности рефлекс не вырабатывается или бывает очень слабым и быстро угасает;

б) действие условного раздражителя в течение какого-то времени должно сочетаться с действием безусловного раздражителя, т. е. условный раздражитель подкрепляется безусловным. Такое сочетание действия раздражителей следует повторять неоднократно.

Кроме того, обязательным условием выработки условного рефлекса является нормальная функция коры больших полушарий, отсутствие болезненных процессов в организме и посторонних раздражителей. Иначе, кроме вырабатываемого подкрепляемого рефлекса, будет возникать еще и ориентировочный рефлекс, или рефлекс внутренних органов (кишечника, мочевого пузыря и др.).

Механизм образования условного рефлекса. Действующий условный раздражитель всегда вызывает слабый очаг возбуждения в соответствующей зоне мозговой коры. Присоединившийся безусловный раздражитель создает в соответствующих подкорковых ядрах и участке коры больших полушарий второй, более сильный очаг возбуждения, который отвлекает на себя импульсы первого (условного), более слабого раздражителя. В итоге между очагами возбуждения коры больших полушарий возникает временная связь, при каждом повторении (т. е. подкреплении) эта связь становится более прочной. Условный раздражитель превращается в сигнал условного рефлекса.

Чтобы выработать условный рефлекс у человека, применяют секреторную, мигательную или двигательную методики с речевым подкреплением; у животных – секреторную и двигательную методики с пищевым подкреплением.

Широко известны исследования И.П. Павлова по выработке условного рефлекса у собак. Например, ставится задача выработки у собаки рефлекса по слюноотделительной методике, т. е. вызвать слюноотделение на световой раздражитель, подкрепляемый пищей – безусловным раздражителем. Сначала включают свет, на который собака реагирует ориентировочной реакцией (поворачивает голову, уши и т. д.). Эту реакцию Павлов назвал рефлексом «что такое?». Затем собаке дают пищу – безусловный раздражитель (подкрепление). Таким образом действуют несколько раз. В результате ориентировочная реакция появляется все реже, а затем и вовсе пропадает. В ответ на импульсы, которые поступают в кору из двух очагов возбуждения (в зрительной зоне и в пищевом центре), укрепляется временная связь между ними, в итоге слюна у собаки выделяется на световой раздражитель даже без подкрепления. Это происходит потому, что в мозговой коре остался след перемещения слабого импульса в сторону сильного. Вновь сформировавшийся рефлекс (его дуга) сохраняет способность воспроизводить проведение возбуждения, т. е. осуществлять условный рефлекс.

Сигналом для условного рефлекса может стать и тот след, который оставили импульсы наличного раздражителя. Например, если воздействовать условным раздражителем в течение 10 с, а затем через минуту после его прекращения давать пищу, то сам по себе свет не вызовет условно-рефлекторного отделения слюны, но через несколько секунд после его прекращения условный рефлекс появится. Такой условный рефлекс называют следовым. Следовые условные рефлексы развиваются с большой интенсивностью у детей со второго года жизни, способствуя развитию речи, мышления.

Чтобы выработать условный рефлекс, нужны условный раздражитель достаточной силы и высокая возбудимость клеток мозговой коры. Помимо этого, сила безусловного раздражителя должна быть достаточной, в противном случае безусловный рефлекс будет гаснуть под воздействием более сильного условного раздражителя. При этом клетки мозговой коры должны быть свободными от сторонних раздражителей. Соблюдение данных условий ускоряет выработку условного рефлекса.

Классификация условных рефлексов. В зависимости от методики выработки условные рефлексы подразделяют на: секреторные, двигательные, сосудистые, рефлексы-изменения во внутренних органах и др.

Рефлекс, который вырабатывается подкреплением условного раздражителя безусловным, называется условным рефлексом первого порядка. На его основе можно выработать новый рефлекс. Например, сочетанием светового сигнала с кормлением у собаки выработан прочный условный рефлекс слюноотделения. Если перед световым сигналом давать звонок (звуковой раздражитель), то через несколько повторений такого сочетания у собаки начинается слюноотделение на звуковой сигнал. Это и будет рефлекс второго порядка, или вторичный рефлекс, подкрепляемый не безусловным раздражителем, а условным рефлексом первого порядка.

На практике установлено, что на базе вторичного условного пищевого рефлекса выработать у собак условные рефлексы других порядков не удается. У детей же удавалось развить условный рефлекс шестого порядка.

Чтобы выработать условные рефлексы высших порядков, нужно новый индифферентный раздражитель «включать» за 10–15 с до начала действия условного раздражителя ранее выработанного рефлекса. Если интервалы будут меньше, то новый рефлекс не появится, а выработанный до этого угаснет, потому что в коре мозга разовьется торможение.

6.3. Торможение условных рефлексов

И.П. Павлов выделил две разновидности торможения условных рефлексов – безусловное (внешнее) и условное (внутреннее) торможение.

Безусловное торможение. Полная остановка начавшегося рефлекса или снижение его активности под воздействием изменений во внешней среде называется безусловным торможением. Под действием нового раздражителя (проникающего извне шума, изменения освещения и т. д.) в коре головного мозга создается другой (особый) очаг возбуждения, задерживающий или прерывающий начавшийся рефлекторный акт. Выяснено, что чем моложе условный рефлекс, тем легче он поддается торможению. Это связано с развитием процесса индукции в центральной нервной системе. Поскольку торможение вызывается посторонним раздражителем, Павлов назвал его внешним, или индукционным, торможением. Безусловное торможение возникает внезапно, оно свойственно организму от рождения и характерно для всей центральной нервной системы.

Внешнее торможение может наблюдаться у детей, работающих в коллективе, когда любой шум, проникающий в помещение, нарушает течение рефлекторного акта. Например, во время урока дети услышали резкий визг тормозов автомобиля. Ученики поворачиваются в сторону сильного раздражителя, теряют внимание, равновесие и рациональную позу. В результате возможны ошибки и т. д.

Безусловное торможение может наступить и без появления второго очага возбуждения. Это случается при снижении или полном прекращении работоспособности клеток коры головного мозга из-за большой силы раздражителя. Для предотвращения разрушения клетки впадают в состояние торможения. Такой вид торможения называют запредельным, он играет охранительную роль в организме.

Условное (внутреннее) торможение. Такой вид торможения характерен для высших отделов центральной нервной системы и развивается только при отсутствии подкрепления условного сигнала безусловным раздражителем, т. е. при несовпадении во времени двух очагов возбуждения. Оно вырабатывается постепенно в процессе онтогенеза, иногда с большим трудом. Выделяют угасательное, дифференцировочное условное торможение.

Угасательное торможение развивается, если повторение условного сигнала не подкрепляется безусловным. Например, хищник реже появляется в тех местах, где количество добычи уменьшилось, потому что выработанный ранее условный рефлекс из-за отсутствия подкрепления пищей, которое было условным раздражителем, угасает. Это способствует приспосабливанию животных к меняющимся условиям жизни.

6.4. Аналитико-синтетическая деятельность коры больших полушарий

Множество раздражителей внешнего мира и внутренней среды организма воспринимаются рецепторами и становятся источниками импульсов, которые поступают в кору больших полушарий. Здесь они анализируются, различаются и синтезируются, соединяются, обобщаются. Способность коры разделять, вычленять и различать отдельные раздражения, дифференцировать их и есть проявление аналитической деятельности коры головного мозга.

Сначала раздражения анализируются в рецепторах, которые специализируются на световых, звуковых раздражителях и т. п. Высшие формы анализа осуществляются в коре больших полушарий. Аналитическая деятельность коры головного мозга неразрывно связана с ее синтетической деятельностью, выражающейся в объединении, обобщении возбуждения, которое возникает в различных ее участках под действием многочисленных раздражителей. В качестве примера синтетической деятельности коры больших полушарий можно привести образование временной связи, которое лежит в основе выработки условного рефлекса. Сложная синтетическая деятельность проявляется в образовании рефлексов второго, третьего и высших порядков. В основе обобщения лежит процесс иррадиации возбуждения.

Анализ и синтез связаны между собой, и в коре происходит сложная аналитико-синтетическая деятельность.

Динамический стереотип. Внешний мир действует на организм не единичными раздражителями, а обычно системой одновременных и последовательных раздражителей. Если система последовательных раздражителей часто повторяется, это ведет к образованию системности, или динамического стереотипа в деятельности коры головного мозга. Таким образом, динамический стереотип представляет собой последовательную цепь условно-рефлекторных актов, осуществляющихся в строго определенном, закрепленном во времени порядке и являющихся следствием сложной системной реакции организма на сложную систему положительных (подкрепляемых) и отрицательных (неподкрепляемых, или тормозных) условных раздражителей.

Выработка стереотипа – это пример сложной синтезирующей деятельности коры головного мозга. Стереотип трудно вырабатывается, но если он сформирован, то поддержание его не требует большого напряжения корковой деятельности, при этом многие действия становятся автоматическими. Динамический стереотип является основой образования привычек у человека, формирования определенной последовательности в трудовых операциях, приобретения умений и навыков. Примерами динамического стереотипа могут служить ходьба, бег, прыжки, катание на лыжах, игра на музыкальных инструментах, пользование при еде ложкой, вилкой, ножом, письмо и др.

Стереотипы сохраняются долгие годы и составляют основу человеческого поведения, при этом они очень трудно поддаются перепрограммированию.

6.5. Первая и вторая сигнальные системы

И.П. Павлов рассматривал поведение человека как высшую нервную деятельность, где общим для животных и человека являются анализ и синтез непосредственных сигналов окружающей среды, составляющих первую сигнальную систему действительности. По этому поводу Павлов писал: «Для животного действительность сигнализируется почти исключительно только раздражениями и следами их в больших полушариях, непосредственно приходящими в специальные клетки зрительных, слуховых и других рецепторов организма. Это то, что и мы имеем в себе как впечатления, ощущения и представления от окружающей внешней среды как общеприродной, так и от нашей социальной, исключая слово, слышимое и видимое. Это – первая сигнальная система действительности, общая у нас с животными».

В результате трудовой деятельности, общественных и семейных отношений у человека развилась новая форма передачи информации. Человек стал воспринимать словесную информацию через понимание значения слов, произносимых им самим или окружающими, видимых – написанных или напечатанных. Это привело к появлению второй сигнальной системы, свойственной исключительно человеку. Она значительно расширила и качественно изменила высшую нервную деятельность человека, так как внесла новый принцип в работу больших полушарий головного мозга (взаимосвязь коры с подкорковыми образованиями). По этому поводу Павлов писал: «Если наши ощущения и представления, относящиеся к окружающему миру, есть для нас первые сигналы действительности, конкретные сигналы, то речь, специально прежде всего кинестезические раздражения, идущие в кору от речевых органов, есть вторые сигналы, сигналы сигналов. Они представляют собой отвлечение от действительности и допускают обобщение, что и составляет... специально человеческое мышление, и науку – орудие высшей ориентировки человека в окружающем мире и в себе самом».

Вторая сигнальная система является результатом социальности человека как вида. Однако следует помнить, что вторая сигнальная система находится в зависимости от первой сигнальной системы. Дети, родившиеся глухими, издают такие же звуки, как и нормальные, но, не подкрепляя издаваемые сигналы через слуховые анализаторы и не имея возможности подражать голосу окружающих, они становятся немыми.

Известно, что без общения с людьми вторая сигнальная система (особенно речь) не развивается. Так, дети, унесенные дикими животными и жившие в зверином логове (синдром Маугли), не понимали человеческой речи, не умели говорить и утратили способность научиться разговаривать. Кроме того, известно, что молодые люди, попавшие в изоляцию на десятки лет, без общения с другими людьми забывают разговорную речь.

Физиологический механизм поведения человека является результатом сложного взаимодействия обеих сигнальных систем с подкорковыми образованиями больших полушарий. Павлов считал вторую сигнальную систему «высшим регулятором человеческого поведения», преобладающим над первой сигнальной системой. Но и последняя в известной степени контролирует деятельность второй сигнальной системы. Это позволяет человеку управлять своими безусловными рефлексами, сдерживать значительную часть инстинктивных проявлений организма и эмоций. Человек может сознательно подавлять оборонительные (даже в ответ на болевые раздражения), пищевые и половые рефлексы. В то же время подкорковые образования и ядра мозгового ствола, особенно ретикулярная формация, являются источниками (генераторами) импульсов, поддерживающих в норме мозговой тонус.

6.6. Типы высшей нервной деятельности

Условно-рефлекторая деятельность зависит от индивидуальных свойств нервной системы. Индивидуальные свойства нервной системы обусловлены наследственными особенностями индивидуума и его жизненным опытом. Совокупность этих свойств называют типом высшей нервной деятельности.

И.П. Павлов на основе многолетнего изучения особенностей образования и протекания условных рефлексов у животных выделил четыре основных типа высшей нервной деятельности. В основу деления на типы он положил три основных показателя:

а) силу процессов возбуждения и торможения;

б) взаимную уравновешенность, т. е. соотношение силы процессов возбуждения и торможения;

в) подвижность процессов возбуждения и торможения, т. е. скорость, с которой возбуждение может сменяться торможением, и наоборот.

На основании проявления этих трех свойств Павлов выделил следующие типы нервной деятельности;

1) тип сильный, неуравновешенный, с преобладанием возбуждения над торможением («безудержный» тип);

2) тип сильный, уравновешенный, с большой подвижностью нервных процессов («живой», подвижный тип);

3) тип сильный, уравновешенный, с малой подвижностью нервных процессов («спокойный», малоподвижный, инертный тип);

4) тип слабый, характеризующийся быстрой истощаемостью нервных клеток, приводящей к потере работоспособности.

Павлов считал, что основные типы высшей нервной деятельности, обнаруженные у животных, совпадают с четырьмя темпераментами, установленными для людей греческим врачом Гиппократом (IV в. до н. э.). Слабый тип соответствует меланхолическому темпераменту; сильный неуравновешенный тип – холерическому темпераменту; сильный уравновешенный, подвижный тип – сангвиническому темпераменту; сильный уравновешенный, с малой подвижностью нервных процессов – флегматическому темпераменту. Однако следует иметь в виду, что нервные процессы по мере развития человеческого организма претерпевают изменения, поэтому в разные возрастные периоды у человека возможны смены типов нервной деятельности. Подобные кратковременные переходы возможны под действием сильных стрессирующих факторов.

В зависимости от взаимодействия, уравновешенности сигнальных систем Павлов наряду с четырьмя общими для человека и животных типами выделил специально человеческие типы высшей нервной деятельности.

1. Художественный тип. Он характеризуется преобладанием первой сигнальной системы над второй. К этому типу относятся люди, непосредственно воспринимающие действительность, широко пользующиеся чувственными образами.

2. Мыслительный тип. К этому типу относятся люди с преобладанием второй сигнальной системы, «мыслители» с выраженной способностью к абстрактному мышлению.

3. Большинство людей относятся к среднему типу с уравновешенной деятельностью двух сигнальных систем. Им свойственны как образные впечатления, так и умозрительные заключения.

Тема 7. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КРОВИ И КРОВООБРАЩЕНИЯ

7.1. Общая характеристика крови

Кровь, лимфа и тканевая жидкость являются внутренней средой организма, в которой осуществляется жизнедеятельность клеток, тканей и органов. Внутренняя среда человека сохраняет относительное постоянство своего состава, которое обеспечивает устойчивость всех функций организма и является результатом рефлекторной и нервно-гуморальной саморегуляции. Кровь, циркулируя в кровеносных сосудах, выполняет ряд жизненно важных функций: транспортную (транспортирует кислород, питательные вещества, гормоны, ферменты, а также доставляет остаточные продукты обмена веществ к органам выделения), регуляторную (поддерживает относительное постоянство температуры тела), защитную (клетки крови обеспечивают реакции иммунного ответа).

Количество крови. Депонированная и циркулирующая кровь. Количество крови у взрослого человека составляет в среднем 7 % веса тела, у новорожденных – от 10 до 20 % веса тела, у грудных детей – от 9 до 13 %, у детей с 6 до 16 лет – 7 %. Чем младше ребенок, тем выше его обмен веществ и тем больше количество крови на 1 кг веса тела. У новорожденных на 1 кг веса тела приходится 150 куб. см крови, у грудных детей – 110 куб. см, у детей с 7 до 12 лет – 70 куб. см, с 15 лет – 65 куб. см. Количество крови у мальчиков и мужчин относительно больше, чем у девочек и женщин. В покое приблизительно 40–45 % крови циркулирует в кровеносных сосудах, а остальная ее часть находится в депо (капиллярах печени, селезенки и подкожной клетчатки). Кровь из депо поступает в общее кровяное русло при повышении температуры тела, мышечной работе, подъеме на высоту, при кровопотерях. Быстрая потеря циркулирующей крови опасна для жизни. Например, при артериальном кровотечении и потере 1/3-1/2 всего количества крови наступает смерть вследствие резкого падения кровяного давления.

Плазма крови. Плазма представляет собой жидкую часть крови после отделения всех форменных элементов. На ее долю у взрослых приходится 55–60 % общего объема крови, у новорожденных – меньше 50 % вследствие большого объема эритроцитов. В плазме крови взрослого человека содержится 90–91 % воды, 6,6–8,2 % белков, из которых 4–4,5 % альбумина, 2,8–3,1 % глобулина и 0,1–0,4 % фибриногена; остальную часть плазмы составляют минеральные вещества, сахар, продукты обмена веществ, ферменты, гормоны. Содержание белков в плазме новорожденных – 5,5–6,5 %, у детей до 7 лет – 6–7 %.

С возрастом количество альбуминов уменьшается, а глобулинов увеличивается, общее содержание белков приближается к уровню взрослых к 3–4 годам. Гамма-глобулины доходят до нормы взрослых к 3 годам, альфа– и бета-глобулины – к 7 годам. Содержание в крови протеолитических ферментов после рождения повышается и к 30-му дню жизни достигает уровня взрослых.

К минеральным веществам крови относятся поваренная соль (NaCl), 0,85-0,9 %, хлористый калий (КС1), хлористый кальций (СаС12) и бикарбонаты (NaHCO3), по 0,02 %, и др. У новорожденных количество натрия меньше, чем у взрослых, и доходит до нормы к 7–8 годам. С 6 до 18 лет содержание натрия колеблется от 170 до 220 мг%. Количество калия, наоборот, наиболее высокое у новорожденных, самое низкое – в 4–6 лет и достигает нормы взрослых к13-19 годам.

Содержание кальция в плазме у новорожденных выше, чем у взрослых; с 1 до 6 лет оно колеблется, а с 6 до 18 лет стабилизируется на уровне взрослых.

У мальчиков 7-16 лет неорганического фосфора больше, чем у взрослых, в 1,3 раза; органического фосфора больше, чем неорганического, в 1,5 раза, но меньше, чем у взрослых.

Количество глюкозы в крови взрослого человека натощак составляет 0,1–0,12 %. Количество сахара в крови у детей (мг%) натощак: у новорожденных – 45–70; у детей 7-11 лет – 70–80; 12–14 лет – 90-120. Изменение содержания сахара в крови у детей 7–8 лет значительно больше, чем в 17–18 лет. Значительны колебания содержания сахара в крови в период полового созревания. При интенсивной мышечной работе уровень сахара в крови снижается.

Кроме того, в плазме крови содержатся разные азотистые вещества, составляющие 20–40 мг на 100 куб. см крови; 0,5–1,0 % жира и жироподобных веществ.

Вязкость крови взрослого человека составляет 4–5, новорожденного – 10–11, ребенка первого месяца жизни – 6, затем наблюдается постепенное снижение вязкости. Активная реакция крови, зависящая от концентрации водородных и гидроксильных ионов, слабощелочная. Средний рН крови – 7,35. При поступлении в кровь кислот, образующихся в процессе обмена веществ, они нейтрализуются резервом щелочей. Некоторые кислоты удаляются из организма, например углекислота превращается в углекислый газ и водяные пары, выдыхаемые при усиленной вентиляции легких. При избыточном накоплении в организме щелочных ионов, например при вегетарианской диете, они нейтрализуются угольной кислотой, задержанной при уменьшении вентиляции легких.

7.2. Форменные элементы крови

К форменным элементам крови относят эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Эритроцитами называются безъядерные красные кровяные клетки крови. Они имеют двояковогнутую форму, которая увеличивает их поверхность примерно в 1,5 раза. Количество эритроцитов в 1 куб. мм крови равно: у мужчин – 5–5,5 млн; у женщин – 4–5,5 млн. У новорожденных в первый день жизни их количество доходит до 6 млн, затем происходит снижение до нормы взрослого человека. В 7–9 лет число эритроцитов равно 5–6 млн. Наибольшие колебания количества эритроцитов наблюдаются в период полового созревания.

В эритроцитах взрослого человека гемоглобин составляет около 32 % от веса форменных элементов и в среднем 14 % от веса цельной крови (14 г на 100 г крови). Это количество гемоглобина приравнивается к 100 %. Содержание гемоглобина в эритроцитах новорожденных достигает 14,5 % нормы взрослого человека, что составляет 17–25 г гемоглобина на 100 г крови. В первые два года количество гемоглобина падает до 80–90 %, а затем снова возрастает до нормы. Относительное содержание гемоглобина с возрастом увеличивается и к 14–15 годам доходит до нормы взрослого. Оно равно (в граммах на 1 кг веса тела):

в 7–9 лет – 7,5;

10–11 лет – 7,4;

12–13 лет – 8,4;

14–15 лет – 10,4.

Гемоглобин имеет видовую специфичность. Если у новорожденного он поглощает кислорода больше, чем у взрослого (а с 2 лет эта способность гемоглобина максимальна), то с 3 лет гемоглобин поглощает кислород так же, как и у взрослых. Значительное содержание эритроцитов и гемоглобина, а также большая способность гемоглобина поглощать кислород у детей до 1 года обеспечивают им более интенсивный обмен веществ.

С возрастом количество кислорода в артериальной и венозной крови увеличивается. 0но равняется (в куб. см в минуту): у детей 5–6 лет в артериальной крови – 400, в венозной – 260; у подростков 14–15 лет – соответственно 660 и 435; у взрослых – соответственно 800 и 540. Содержание кислорода в артериальной крови (в куб. см на 1 кг веса в минуту) равно: у детей 5–6 лет – 20; у подростков 14–15 лет – 13; у взрослых – 11. Это явление у дошкольников объясняется относительно большим количеством крови и кровотоком, существенно превышающим кровоток взрослых.

Помимо переноса кислорода, эритроциты участвуют в ферментативных процессах, в сохранении активной реакции крови и в обмене воды и солей. В течение суток через эритроциты проходит от 300 до 2000 куб. дм воды.

В процессе отстаивания цельной крови, к которой добавлены вещества, препятствующие свертыванию крови, эритроциты постепенно оседают. Скорость реакции оседания эритроцитов (СОЭ) у мужчин составляет 3–9 мм, у женщин – 7-12 мм в час. С0Э зависит от количества белков в плазме крови и от отношения глобулинов к альбуминам. Поскольку у новорожденного в плазме около 6 % белков и отношение количества глобулинов к альбуминам тоже меньше, чем у взрослых, то СОЭ у них – около 2 мм, у грудных детей – 4–8 мм, а у более старших детей – 4–8 мм в час. После учебной нагрузки у большинства детей 7-11 лет нормальная (до 12 мм в час) и замедленная СОЭ ускоряются, а ускоренная СОЭ замедляется.

Гемолиз. Эритроциты способны сохраняться только в физиологических растворах, в которых концентрация минеральных веществ, особенно поваренной соли, такая же, как и в плазме крови. В растворах, где содержание поваренной соли меньше или больше, чем в плазме крови, а также под влиянием других факторов эритроциты разрушаются. Разрушение эритроцитов называется гемолизом.

Способность эритроцитов противостоять гемолизу называется резистентностью. С возрастом резистентность эритроцитов значительно снижается: наибольшей резистентностью обладают эритроциты новорожденных, к 10 годам она уменьшается примерно в 1,5 раза.

В здоровом организме происходит постоянный процесс разрушения эритроцитов, который осуществляется под воздействием особых веществ – гемолизинов, вырабатываемых в печени. Эритроциты живут у новорожденного 14, а у взрослого – не больше 100–150 дней. Гемолиз происходит в селезенке и печени. Одновременно с гемолизом образуются новые эритроциты, поэтому количество эритроцитов поддерживается на относительно постоянном уровне.

Группы крови. В зависимости от содержания в эритроцитах двух видов склеиваемых веществ (агглютиногенов А и B), а в плазме – двух видов агглютининов (альфа и бета) – выделяют четыре группы крови. При переливании крови необходимо избегать совпадения А с альфой и В с бетой, потому что происходит агглютинация, ведущая к закупорке кровеносных сосудов и предшествующая гемолизу у реципиента, а следовательно, ведущая к его смерти.

Эритроциты первой группы (0) не склеиваются плазмой других групп, что позволяет вводить их всем людям. Люди, имеющие первую группу крови, называются универсальными донорами. Плазма четвертой группы (АВ) не склеивает эритроциты других групп, поэтому люди, имеющие эту группу крови, являются универсальными реципиентами. Кровь второй группы (А) можно переливать только группам А и АВ, кровь группы В – только В и АВ. Группа крови обусловлена генетически.

Кроме того, в практике переливания крови особое значение имеет агглютиноген резус-фактор (Rh). Эритроциты 85 % людей содержат резус-фактор (резус-положительные), в то время как эритроциты 15 % людей не содержат его (резус-отрицательные).

Лейкоциты. Это бесцветные ядерные клетки крови. У взрослого человека в 1 куб. мм крови содержится 6–8 тыс. лейкоцитов. По форме клетки и ядра лейкоциты делятся на: нейтрофилы; базофилы; эозинофилы; лимфоциты; моноциты.

В отличие от взрослых у новорожденных в 1 куб. мм крови содержится 10–30 тыс. лейкоцитов. Самое большое количество лейкоцитов наблюдается у детей в возрасте 2–3 месяцев, а затем оно постепенно волнообразно уменьшается и к 10–11 годам достигает уровня взрослых.

У детей до 9-10 лет относительное содержание нейтрофилов значительно меньше, чем у взрослых, а количество лимфоцитов резко увеличено до 14–15 лет. До 4 лет абсолютное количество лимфоцитов превышает количество нейтрофилов примерно в 1,5–2 раза, с 4 до 6 лет количество нейтрофилов и лимфоцитов сначала сравнивается, а затем нейтрофилы начинают преобладать над лимфоцитами, и с 15 лет их отношение приближается к нормам взрослых. Лейкоциты живут до 12–15 дней.

В отличие от эритроцитов содержание лейкоцитов сильно колеблется. Различают увеличение общего количества лейкоцитов (лейкоцитоз) и их уменьшение (лейкопению). Лейкоцитоз наблюдается у здоровых людей при мышечной работе, в первые 2–3 ч после приема пищи и у беременных. У лежащего человека лейкоцитоз в два раза больше, чем у стоящего. Лейкопения возникает при действии ионизирующего излучения. Некоторые заболевания изменяют относительное содержание разных форм лейкоцитов.

Тромбоциты. Это мельчайшие безъядерные пластинки протоплазмы. У взрослых в 1 куб. мм крови содержится 200–100 тыс. тромбоцитов, у детей до 1 года – 160–330 тыс.; от 3 до 4 лет – 350–370 тыс. Тромбоциты живут 4–5 и не более 8–9 дней. В составе сухого остатка тромбоцитов содержатся 16–19 % липидов (в основном фосфатидов), протеолитические ферменты, серотонин, факторы свертывания крови и ретрактин. Увеличение количества тромбоцитов называется тромбоцитозом, уменьшение – тромбопенией.

7.3. Кровообращение

Кровь способна выполнять жизненно важные функции, только находясь в постоянном движении. Движение крови в организме, ее циркуляция составляют сущность кровообращения.

Система органов кровообращения поддерживает постоянство внутренней среды организма. Благодаря кровообращению ко всем органам и тканям поступают кислород, питательные вещества, соли, гормоны, вода и выводятся из организма продукты обмена. Из-за малой теплопроводности тканей передача тепла от органов человеческого тела (печени, мышц и др.) к коже и в окружающую среду осуществляется в основном за счет кровообращения. Деятельность всех органов и организма в целом тесно связана с функцией органов кровообращения.

Большой и малый круги кровообращения. Кровообращение обеспечивается деятельностью сердца и кровеносных сосудов. Сосудистая система состоит из двух кругов кровообращения: большого и малого.

Большой круг кровообращения начинается от левого желудочка сердца, откуда кровь поступает в аорту. Из аорты путь артериальной крови продолжается по артериям, которые по мере удаления от сердца ветвятся, и самые мелкие из них распадаются на капилляры, густой сетью пронизывающие весь организм. Через тонкие стенки капилляров кровь отдает питательные вещества и кислород в тканевую жидкость. Продукты жизнедеятельности клеток при этом из тканевой жидкости поступают в кровь. Из капилляров кровь поступает в мелкие вены, которые, сливаясь, образуют более крупные вены и впадают в верхнюю и нижнюю полые вены. Верхняя и нижняя полые вены приносят венозную кровь в правое предсердие, где заканчивается большой круг кровообращения.

Малый круг кровообращения начинается от правого желудочка сердца легочной артерией. Венозная кровь по легочной артерии приносится к капиллярам легких. В легких происходит обмен газов между венозной кровью капилляров и воздухом в альвеолах легких. От легких по четырем легочным венам уже артериальная кровь возвращается в левое предсердие, где малый круг кровообращения заканчивается. Из левого предсердия кровь попадает в левый желудочек, откуда начинается большой круг кровообращения.

7.4. Сердце: строение и возрастные изменения

Сердце представляет собой полый мышечный орган, разделенный на четыре камеры: два предсердия и два желудочка. Левая и правая части сердца разделены сплошной перегородкой. Кровь из предсердия в желудочки поступает через отверстия в перегородке между предсердиями и желудочками. Отверстия снабжены клапанами, которые открываются только в сторону желудочков. Клапаны образованы смыкающимися створками и потому называются створчатыми. В левой части сердца клапан двустворчатый, в правой – трехстворчатый.

У места выхода аорты из левого желудочка и легочной артерии из правого желудочка располагаются полулунные клапаны. Полулунные клапаны пропускают кровь из желудочков в аорту и легочную артерию и препятствуют обратному движению крови из сосудов в желудочки.

Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении: из предсердий – в желудочки и из желудочков – в артерии.

Масса сердца человека составляет от 250 до 360 г.

Расширенную верхнюю часть сердца называют основанием, суженную нижнюю – верхушкой. Сердце лежит косо за грудиной. Его основание направлено назад, вверх и вправо, а верхушка – вниз, вперед и влево. Верхушка сердца прилежит к передней грудной стенке в области у левого межреберья; здесь в момент сокращения желудочков ощущается сердечный толчок.

Основную массу стенки сердца составляет мощная мышца – миокард, состоящий из особого рода поперечно-полосатой мышечной ткани. Толщина миокарда разная в различных отделах сердца. Наиболее тонок он в предсердиях (2–3 мм). Левый желудочек имеет самую мощную мышечную стенку: она в 2,5 раза толще, чем в правом желудочке.

Типическая и атипическая мускулатура сердца. Основная масса сердечной мышцы представлена типичными для сердца волокнами, которые обеспечивают сокращение отделов сердца. Их основная функция – сократимость. Это типическая, рабочая мускулатура сердца. Помимо нее, в сердечной мышце имеются атипические волокна, с деятельностью которых связано возникновение возбуждения в сердце и проведение возбуждения от предсердий к желудочкам.

Волокна атипической мускулатуры отличаются от сократительных волокон как по строению, так и по физиологическим свойствам. В них слабее выражена поперечная исчерченность, но они обладают способностью легко возбуждаться и большей устойчивостью к вредным влияниям. За способность волокон атипической мускулатуры проводить возникшее возбуждение по сердцу ее называют проводящей системой сердца.

Атипическая мускулатура занимает по объему очень небольшую часть сердца. Скопление клеток атипической мускулатуры называют узлами. Один из таких узлов расположен в правом предсердии, вблизи места впадения (синуса) верхней полой вены. Это синусно-предсердный узел. Здесь в сердце здорового человека возникают импульсы возбуждения, которые определяют ритм сердечных сокращений. Второй узел расположен на границе между правым предсердием и желудочками в перегородке сердца, его называют предсердно-желудочковый, или атриовентрикулярный, узел. В этой области сердца возбуждение распространяется с предсердий на желудочки.

Из предсердно-желудочкового узла возбуждение направляется по предсердно-желудочковому пучку (пучку Гисса) волокон проводящей системы, который расположен в перегородке между желудочками. Ствол предсердно-желудочкового пучка разделяется на две ножки, одна из них направляется в правый желудочек, другая – в левый.

Возбуждение с атипической мускулатуры передается волокнам сократительной мускулатуры сердца с помощью волокон, относящихся к атипической мускулатуре.

Возрастные изменения сердца. Сердце ребенка после рождения не только растет, в нем происходят процессы формообразования (изменяются форма, пропорции). Сердце новорожденного занимает поперечное положение и имеет почти шаровидную форму. Относительно большая печень делает высоким свод диафрагмы, поэтому положение сердца у новорожденного более высокое (оно находится на уровне четвертого левого межреберья). К концу первого года жизни под влиянием сидения и стояния и в связи с опусканием диафрагмы сердце занимает косое положение. К 2–3 годам верхушка сердца доходит до пятого ребра. У десятилетних детей границы сердца становятся почти такими же, как у взрослых.

В течение первого года жизни рост предсердий опережает рост желудочков, потом они растут почти одинаково, а после 10 лет рост желудочков начинает обгонять рост предсердий.

Сердце у детей относительно больше, чем у взрослых. Его масса составляет примерно 0,63-0,80 % массы тела, у взрослого человека – 0,48-0,52 %. Наиболее интенсивно растет сердце на первом году жизни: к 8 месяцам масса сердца увеличивается в два раза, к 3 годам утраивается, к 5 годам увеличивается в четыре раза, а в 16 лет – в 11 раз.

Масса сердца у мальчиков в первые годы жизни больше, чем у девочек. В 12–13 лет наступает период усиленного роста сердца у девочек, и его масса становится больше, чем у мальчиков. К 16 годам сердце девочек вновь начинает отставать в массе от сердца мальчиков.

Сердечный цикл. Сердце сокращается ритмично: сокращения отделов сердца (систола) чередуются с их расслаблением (диастолой). Период, охватывающий одно сокращение и одно расслабление сердца, называют сердечным циклом. В состоянии относительного покоя сердце взрослого человека сокращается примерно 75 раз в минуту. Это значит, что весь цикл продолжается около 0,8 с.

Каждый сердечный цикл состоит из трех фаз:

1) систола предсердий (длится 0,1 с);

2) систола желудочков (длится 0,3 с);

3) общая пауза (0,4 с).

При большой физической нагрузке сердце сокращается чаще, чем 75 раз в минуту, продолжительность общей паузы при этом уменьшается.

Тема 8. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

8.1. Строение органов дыхания и голосового аппарата

Носовая полость. При дыхании с закрытым ртом воздух поступает в носовую полость, а с открытым – в ротовую. В образовании носовой полости участвуют кости и хрящи, из которых также состоит скелет носа. Большая часть слизистой оболочки носовой полости покрыта многорядным мерцательным цилиндрическим эпителием, в котором находятся слизистые железы, а ее меньшая часть содержит обонятельные клетки. Благодаря движению ресничек мерцательного эпителия пыль, попадающая с вдыхаемым воздухом, выводится наружу.

Полость носа делится носовой перегородкой пополам. В каждой половине имеется по три носовые раковины – верхняя, средняя и нижняя. Они образуют три носовых хода: верхний – под верхней раковиной, средний – под средней раковиной и нижний – между нижней раковиной и дном носовой полости. Вдыхаемый воздух поступает через ноздри и после прохождения по носовым ходам каждой половины носовой полости выходит из нее в носоглотку через два задних отверстия – хоаны.

В носовую полость открывается носослезный канал, по которому выводится избыток слез.

К носовой полости прилегают придаточные полости, или пазухи, соединенные с ней отверстиями: верхнечелюстная, или гайморова (находится в теле верхней челюсти), клиновидная (в клиновидной кости), лобная (в лобной кости) и решетчатый лабиринт (в решетчатой кости). Вдыхаемый воздух, соприкасаясь со слизистой оболочкой полости носа и придаточных полостей, в которой имеются многочисленные капилляры, согревается и увлажняется.

Гортань. Носоглотка является верхним отделом глотки, который проводит воздух из носовой полости в гортань, прикрепленную к подъязычной кости. Гортань составляет начальную часть собственно дыхательной трубки, продолжающейся в трахею, и одновременно функционирует как голосовой аппарат. Она состоит из трех непарных и трех парных хрящей, соединенных связками. К непарным относятся щитовидный, перстневидный и надгортанный хрящи, к парным – черпаловидные, рожковидные и клиновидные. Основной хрящ – перстневидный. Узкой своей частью он обращен кпереди, а широкой – к пищеводу. Сзади на перстневидном хряще расположены симметрично с правой и левой стороны подвижно сочлененные с его задней частью два черпаловидных хряща треугольной формы. При сокращении мышц, оттягивающих назад наружные концы черпаловидных хрящей, и расслаблении межхрящевых мышц происходит поворот этих хрящей вокруг оси и широкое раскрытие голосовой щели, необходимое для вдоха. При сокращении мышц между черпаловидными хрящами и натяжении связок голосовая щель имеет вид двух туго натянутых параллельных мышечных валиков, препятствующих току воздуха из легких.

Голосовые связки. Истинные голосовые связки располагаются в сагиттальном направлении от внутреннего угла соединения пластинок щитовидного хряща к голосовым отросткам черпаловидных хрящей. В состав истинных голосовых связок входят внутренние щиточерпаловидные мышцы. Между степенью натяжения голосовых связок и давлением воздуха из легких устанавливается определенное соотношение: чем сильнее смыкаются связки, тем сильнее давит на них выходящий из легких воздух. Эта регуляция осуществляется мышцами гортани и имеет значение для образования звуков.

При глотании вход в гортань закрывается надгортанником. Слизистая оболочка гортани покрыта многорядным мерцательным эпителием, а голосовых связок – многослойным плоским эпителием.

В слизистой оболочке гортани расположены разнообразные рецепторы, воспринимающие тактильные, температурные, химические и болевые раздражения; они образуют две рефлексогенные зоны. Часть рецепторов гортани располагается поверхностно, где слизистая оболочка покрывает хрящи, а другая часть – глубоко в надхрящнице, в местах прикрепления мышц, в заостренных частях голосовых отростков. Обе группы рецепторов находятся на пути вдыхаемого воздуха и участвуют в рефлекторной регуляции дыхания и в защитном рефлексе закрытия голосовой щели. Эти рецепторы, сигнализируя об изменениях положения хрящей и сокращениях мышц, участвующих в голосообразовании, рефлекторно регулируют его.

Трахея. Гортань переходит в дыхательное горло, или трахею, которая у взрослого имеет длину 11–13 см и состоит из 15–20 полуколец гиалинового хряща, соединенных перепонками из соединительной ткани. Сзади хрящи не замкнуты, поэтому пищевод, располагающийся позади трахеи, может при глотании входить в ее просвет. Слизистая оболочка трахеи покрыта многорядным мерцательным эпителием, реснички которого создают в сторону глотки ток жидкости, выделяемой железами; он удаляет пылевые частицы, осевшие из воздуха. Мощное развитие эластических волокон препятствует образованию складок слизистой оболочки, уменьшающих доступ воздуха. В волокнистой оболочке, расположенной кнаружи от хрящевых полуколец, находятся кровеносные сосуды и нервы.

Бронхи. Трахея разветвляется на два главных бронха; каждый из них входит в ворота одного из легких и делится на три ветви в правом легком, состоящем из трех долей, и две ветви в левом легком, состоящем из двух долей. Эти ветви распадаются на более мелкие. Стенка крупных бронхов имеет такое же строение, как и трахея, но в ней расположены хрящевые замкнутые кольца; в стенке мелких бронхов есть гладкие мышечные волокна. Внутренняя оболочка бронхов состоит из мерцательного эпителия.

Наиболее мелкие бронхи – диаметром до 1 мм – называются бронхиолами. Каждая бронхиола входит в дольку легких (доли легких состоят из сотен долек). Бронхиола в дольке делится на 12–18 концевых бронхиол, которые, в свою очередь, делятся на альвеолярные бронхиолы.

И, наконец, альвеолярные бронхиолы разветвляются на альвеолярные ходы, состоящие из альвеол. Толщина эпителиального слоя альвеолы – 0,004 мм. К альвеолам прилегают капилляры. Через стенки альвеол и капилляров совершается газообмен. Число альвеол – приблизительно 700 млн. Общая поверхность всех альвеол у мужчины – до 130 кв. м, у женщины – до 103,5 кв. м.

Снаружи легкие покрыты воздухонепроницаемой серозной оболочкой, или висцеральной плеврой, которая переходит в плевру, покрывающую изнутри грудную полость, – пристеночную, или париетальную, плевру.

8.2. Дыхательные движения. Акты вдоха и выдоха

Благодаря ритмически совершающимся актам вдоха и выдоха происходит обмен газов между атмосферным и альвеолярным воздухом, находящимся в легочных пузырьках. В легких нет мышечной ткани, поэтому активно они сокращаться не могут. Активная роль в акте вдоха и выдоха принадлежит дыхательным мышцам. При параличе дыхательных мышц дыхание становится невозможным, хотя органы дыхания при этом не поражены.

При вдохе сокращаются наружные межреберные мышцы и диафрагма. Межреберные мышцы приподнимают ребра и отводят их несколько в сторону, объем грудной клетки при этом увеличивается. При сокращении диафрагмы ее купол уплощается, это также ведет к увеличению объема грудной клетки. В глубоком дыхании принимают участие и другие мышцы груди и шеи. Легкие, находясь в герметически закрытой грудной клетке, пассивны и следуют во время вдоха и выдоха за ее движущимися стенками, так как при помощи плевры они приращены к грудной клетке. Этому способствует и отрицательное давление в грудной полости: отрицательным называют давление ниже атмосферного. Во время вдоха давление в грудной полости ниже атмосферного на 9-12 мм рт. ст., а во время выдоха – на 2–6 мм рт. ст.

В ходе развития грудная клетка растет быстрее, чем легкие, поэтому легкие постоянно (даже при выдохе) растянуты. Растянутая эластичная ткань легких стремится сжаться. Сила, с которой ткань легкого сжимается, противодействует атмосферному давлению. Вокруг легких, в плевральной полости, создается давление, равное атмосферному минус эластическая тяга легких. Таким образом вокруг легких создается отрицательное давление. За счет него в плевральной полости легкие следуют за расширившейся грудной клеткой; легкие при этом растягиваются. В растянутом легком давление становится ниже атмосферного, благодаря чему атмосферный воздух через дыхательные пути устремляется в легкие. Чем больше увеличивается при вдохе объем грудной клетки, тем больше растягиваются легкие и тем глубже вдох.

При расслаблении дыхательных мышц ребра опускаются до исходного положения, купол диафрагмы приподнимается, объем грудной клетки и легких уменьшается и воздух выдыхается наружу. В глубоком выдохе принимают участие мышцы живота, внутренние межреберные и другие мышцы.

Типы дыхания. У детей раннего возраста ребра имеют малый изгиб и занимают почти горизонтальное положение. Верхние ребра и весь плечевой пояс расположены высоко, межреберные мышцы слабые. Поэтому у новорожденных преобладает диафрагмальное дыхание с незначительным участием межреберных мышц. Такой тип дыхания сохраняется до второй половины первого года жизни. По мере развития межреберных мышц и роста ребенка грудная клетка опускается вниз и ребра принимают косое положение. Дыхание грудных детей теперь становится грудобрюшным с преобладанием диафрагмального.

В возрасте от 3 до 7 лет в связи с развитием плечевого пояса начинает преобладать грудной тип дыхания, и к 7 годам он становится выраженным.

В 7–8 лет начинаются половые отличия в типе дыхания: у мальчиков преобладающим становится брюшной тип дыхания, у девочек – грудной. Заканчивается половая дифференцировка дыхания к 14–17 годам.

Глубина и частота дыхания. Своеобразие строения грудной клетки и малая выносливость дыхательных мышц делают дыхательные движения у детей менее глубокими и частыми. Взрослый же человек делает в среднем 15–17 дыхательных движений в минуту; за один вдох при спокойном дыхании он вдыхает 500 мл воздуха. При мышечной работе дыхание учащается в 2–3 раза. У тренированных людей при одной и той же работе объем легочной вентиляции постепенно увеличивается, так как дыхание становится более редким и глубоким. При глубоком дыхании альвеолярный воздух вентилируется на 80–90 %. Это обеспечивает большую диффузию газов через альвеолы. При неглубоком и частом дыхании вентиляция альвеолярного воздуха значительно меньше и относительно большая часть вдыхаемого воздуха остается в так называемом мертвом пространстве – в носоглотке, ротовой полости, трахее, бронхах. Таким образом, у тренированных людей кровь в большей степени насыщается кислородом, чем у людей нетренированных.

Глубина дыхания характеризуется объемом воздуха, поступающим в легкие за один вдох, – дыхательным воздухом. Дыхание новорожденного частое и поверхностное, при этом его частота подвержена значительным колебаниям: 48–63 дыхательных цикла в минуту во время сна. Частота дыхательных движений в минуту во время бодрствования составляет: 50–60 – у детей первого года жизни; 35–40 – у детей 1–2 лет; 25–35 – у детей 2–4 лет; 23–26 – у детей 4–6 лет. У детей школьного возраста происходит дальнейшее урежение дыхания – до 18–20 раз в минуту.

Большая частота дыхательных движений у ребенка обеспечивает высокую легочную вентиляцию. Объем дыхательного воздуха у ребенка составляет: 30 мл – в 1 месяц; 70 мл – в 1 год; 156 мл – в 6 лет; 230 мл – в 10 лет; 300 мл – в 14 лет.

За счет большой частоты дыхания у детей значительно выше, чем у взрослых, минутный объем дыхания (в пересчете на 1 кг массы). Минутным объемом дыхания называют количество воздуха, которое человек вдыхает за 1 мин. Он определяется произведением величины дыхательного воздуха на число дыхательных движений в 1 мин. Минутный объем дыхания составляет:

650–700 мл воздуха – у новорожденного;

2600–2700 мл – к концу первого года жизни;

3500 мл – к 6 годам;

4300 мл – к 10 годам;

4900 мл – в 14 лет;

5000–6000 мл – у взрослого человека.

Жизненная емкость легких. В покое взрослый человек может вдохнуть и выдохнуть около 500 мл воздуха, при усиленном дыхании – еще около 1500 мл воздуха. Наибольшее количество воздуха, которое человек может выдохнуть после глубокого вдоха, называют жизненной емкостью легких.

Жизненная емкость легких меняется с возрастом, зависит от пола, степени развития грудной клетки, дыхательных мышц. Как правило, она больше у мужчин, чем у женщин; у спортсменов больше, чем у нетренированных людей. Например, у штангистов жизненная емкость легких составляет около 4000 мл, у футболистов – 4200 мл, у гимнастов – 4300, у пловцов – 4900, у гребцов – 5500 мл и более.

Так как измерение жизненной емкости легких требует активного и сознательного участия исследуемого, то она может быть определена у ребенка только после 4–5 лет.

К 16–17 годам жизненная емкость легких достигает величин, характерных для взрослого человека.

8.3. Газообмен в легких

Состав вдыхаемого, выдыхаемого и альвеолярного воздуха. Вентиляция легких осуществляется благодаря вдоху и выдоху. Тем самым в альвеолах поддерживается относительно постоянный газовый состав. Человек дышит атмосферным воздухом с содержанием кислорода (20,9 %) и содержанием углекислого газа (0,03 %), а выдыхает воздух, в котором кислорода 16,3 %, углекислого газа – 4 %. В альвеолярном воздухе кислорода – 14,2 %, углекислого газа – 5,2 %. Повышенное содержание углекислого газа в альвеолярном воздухе объясняется тем, что при выдохе к альвеолярному воздуху примешивается воздух, который находится в органах дыхания и в воздухоносных путях.

У детей более низкая эффективность легочной вентиляции выражается в ином газовом составе как выдыхаемого, так и альвеолярного воздуха. Чем моложе ребенок, тем больше процент кислорода и тем меньше процент углекислого газа в выдыхаемом и альвеолярном воздухе, т. е. кислород используется детским организмом менее эффективно. Поэтому детям для потребления одного и того же объема кислорода и выделения одного и того же объема углекислого газа нужно гораздо чаще совершать дыхательные акты.

Газообмен в легких. В легких кислород из альвеолярного воздуха переходит в кровь, а углекислый газ из крови поступает в легкие.

Движение газов обеспечивает диффузия. Согласно законам диффузии газ распространяется из среды с высоким парциальным давлением в среду с меньшим давлением. Парциальное давление – это часть общего давления, которая приходится на долю данного газа в газовой смеси. Чем выше процентное содержание газа в смеси, тем выше его парциальное давление. Для газов, растворенных в жидкости, употребляют термин «напряжение», соответствующий термину «парциальное давление», применяемому для свободных газов.

В легких газообмен совершается между воздухом, содержащимся в альвеолах, и кровью. Альвеолы оплетены густой сетью капилляров. Стенки альвеол и стенки капилляров очень тонкие. Для осуществления газообмена определяющими условиями являются площадь поверхности, через которую осуществляется диффузия газов, и разности парциального давления (напряжения) диффундирующих газов. Легкие идеально соответствуют этим требованиям: при глубоком вдохе альвеолы растягиваются и их поверхность достигает 100–150 кв. м (не менее велика и поверхность капилляров в легких), существует достаточная разница парциального давления газов альвеолярного воздуха и напряжения этих газов в венозной крови.

Связывание кислорода кровью. В крови кислород соединяется с гемоглобином, образуя нестабильное соединение – оксигемоглобин, 1 г которого способен связать 1,34 куб. см кислорода. Количество образующегося оксигемоглобина прямо пропорционально парциальному давлению кислорода. В альвеолярном воздухе парциальное давление кислорода равняется 100–110 мм рт. ст. При этих условиях 97 % гемоглобина крови связывается с кислородом.

В виде оксигемоглобина кислород от легких переносится кровью к тканям. Здесь парциальное давление кислорода низкое, и оксигемоглобин диссоциирует, высвобождая кислород, что обеспечивает снабжение тканей кислородом.

Наличие в воздухе или тканях углекислого газа уменьшает способность гемоглобина связывать кислород.

Связывание углекислого газа кровью. Углекислый газ переносится кровью в химических соединениях гидрокарбоната натрия и гидрокарбоната калия. Часть его транспортируется гемоглобином.

В капиллярах тканей, где напряжение углекислого газа высокое, происходит образование угольной кислоты и карбоксигемоглобина. В легких карбоангидраза, содержащаяся в эритроцитах, способствует дегидратации, что приводит к вытеснению углекислого газа из крови.

Газообмен в легких у детей тесно связан с регуляцией кислотно-щелочного равновесия. У детей дыхательный центр очень чутко реагирует на малейшие изменения рН-реакции крови. Поэтому даже при незначительных сдвигах равновесия в сторону подкисления у детей возникает одышка. По мере развития диффузионная способность легких увеличивается из-за увеличения суммарной поверхности альвеол.

Потребность организма в кислороде и выделение углекислого газа зависит от уровня окислительных процессов, протекающих в организме. С возрастом этот уровень снижается, а значит, величина газообмена на 1 кг массы по мере роста ребенка уменьшается.

8.4. Гигиенические требования к воздушной среде учебных заведений

Гигиенические свойства воздушной среды определяются не только ее химическим составом, но и физическим состоянием: температурой, влажностью, давлением, подвижностью, напряжением электрического поля атмосферы, солнечной радиацией и др. Для нормальной жизнедеятельности человека огромное значение имеет постоянство температуры тела и окружающей среды, что оказывает влияние на равновесие процессов теплообразования и теплоотдачи.

Высокая температура окружающего воздуха затрудняет отдачу тепла, что приводит к повышению температуры тела. При этом учащаются пульс и дыхание, нарастает утомляемость, падает работоспособность. Также затрудняет теплоотдачу и усиливает потоотделение пребывание человека в условиях повышенной относительной влажности. При низких температурах наблюдается большая теплопотеря, что может привести к переохлаждению организма. При повышенной влажности воздуха и низкой температуре опасность переохлаждения и простудных заболеваний значительно повышается. Кроме того, потеря тепла организмом зависит от скорости движения воздуха и самого организма (езда на открытой машине, велосипеде и т. д.).

Электрическое и магнитное поля атмосферы также влияют на человека. Например, отрицательные электрочастицы воздуха положительно действуют на организм (снимают утомляемость, повышают работоспособность), а положительные ионы, наоборот, угнетают дыхание и т. д. Отрицательные ионы воздуха более подвижны, и их называют легкими, положительные – менее подвижны, поэтому их называют тяжелыми. В чистом воздухе преобладают легкие ионы, а по мере его загрязнения они оседают на пылинках, капельках воды, переходя в тяжелые. Поэтому воздух становится теплым, спертым и душным.

В воздухе содержатся примеси разного происхождения: пыль, дым, различные газы. Все это отрицательно сказывается на здоровье людей, животных и жизнедеятельности растений.

Кроме пыли, в воздухе содержатся и микроорганизмы – бактерии, споры, плесневые грибки и др. Их особенно много в закрытых помещениях.

Микроклимат школьных помещений. Микроклиматом называют совокупность физико-химических и биологических свойств воздушной среды. Для школы эту среду составляют ее помещения, для города – его территория и т. д. Гигиенически нормальный воздух в школе – важное условие успеваемости и работоспособности учеников. При длительном пребывании в классе или кабинете 35–40 учеников воздух перестает отвечать гигиеническим требованиям. Изменяются его химический состав, физические свойства и бактериальная загрязненность. Все эти показатели резко возрастают к концу уроков.

Косвенным показателем загрязнения воздуха в закрытых помещениях является содержание углекислого газа. Предельно допустимая концентрация (ПДК) углекислого газа в школьных помещениях составляет 0,1 %, но уже при меньшей его концентрации (0,08 %) у детей младших возрастов наблюдается снижение уровня внимания и сосредоточенности.

Наиболее благоприятными условиями в классе являются температура 16–18 °C и относительная влажность 30–60 %. При этих нормах дольше всего сохраняется работоспособность и хорошее самочувствие учащихся. При этом разница температуры воздуха по вертикали и горизонтали класса не должна превышать 2–3 °C, а скорость движения воздуха – 0,1–0,2 м/с.

В спортивном зале, рекреационных помещениях, мастерских температура воздуха должна поддерживаться на уровне 14–15 °C. Расчетные нормы объема воздуха на одного ученика в классе (так называемый воздушный куб) обычно не превышают 4,5–6 куб. м. Но, чтобы в воздухе класса в течение урока концентрация углекислого газа не превышала 0,1 %, ребенку 10–12 лет требуется около 16 куб. м воздуха. В возрасте 14–16 лет потребность в нем увеличивается до 25–26 куб. м. Эта величина названа объемом вентиляции: чем старше ученик, тем она больше. Для обеспечения указанного объема необходима трехкратная смена воздуха, что достигается вентиляцией (проветриванием) помещения.

Естественная вентиляция. Приток наружного воздуха в помещение ввиду разности температуры и давления через поры и щели в строительном материале или через специально проделанные проемы называют естественной вентиляцией. Для проветривания классных комнат по такому типу используют форточки и фрамуги. Последние имеют преимущество перед форточками, так как наружный воздух через открытую фрамугу поступает сначала вверх, к потолку, где согревается и теплым опускается вниз. При этом находящиеся в помещении люди не переохлаждаются и ощущают приток свежего воздуха. Фрамуги можно оставлять открытыми во время занятий даже зимой.

Площадь открытых форточек или фрамуг не должна быть меньше 1/50 площади пола класса – это так называемый коэффициент проветривания. Проветривание классных комнат должно проводиться регулярно, после каждого урока. Наиболее эффективным является сквозное проветривание, когда во время перемены одновременно открываются форточки (или окна) и двери класса. Сквозное проветривание позволяет за 5 мин снизить концентрацию СО2 до нормы, уменьшить влажность, количество микроорганизмов и улучшить ионный состав воздуха. Однако при таком проветривании в помещении не должно быть детей.

Особое внимание уделяется проветриванию кабинетов, химических, физических и биологических лабораторий, где после проведения опытов могут оставаться ядовитые газы и пары.

Искусственная вентиляция. Это вентиляция приточная, вытяжная и приточно-вытяжная (смешанная) с естественным или механическим побуждением. Такая вентиляция устанавливается чаще всего там, где необходимо удаление отработанного воздуха и газов, образующихся при проведении опытов. Ее называют принудительной вентиляцией, так как воздух выводится наружу с помощью специальных вытяжных каналов, которые имеют несколько отверстий под потолком комнаты. Воздух из помещений направляется на чердак и по трубам выводится наружу, где для усиления тока воздуха в вытяжных каналах устанавливают тепловые побудители движения воздуха – дефлекторы или электрические вентиляторы. Устройство этого вида вентиляции предусматривается во время строительства зданий.

Вытяжная вентиляция особенно хорошо должна действовать в уборных, гардеробах, буфете, чтобы воздух и запахи этих помещений не проникали в классы и другие основные и служебные помещения.

Тема 9. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПИЩЕВАРЕНИЯ

9.1. Строение пищеварительного канала

Пищеварительный канал состоит из системы органов, которые производят механическую и химическую обработку пищи и ее всасывание. У человека пищеварительный канал имеет вид трубки длиной 8-10 м. Стенка пищеварительной трубки состоит из трех слоев: внутреннего (слизистой оболочки), среднего (мышечной оболочки) и наружного (соединительно-тканной, или серозной, оболочки). Гладкая мышечная ткань средней оболочки имеет два слоя: внутренний – круговой и наружный – продольный. В пищеварительном канале различают следующие отделы:

а) ротовая полость;

б) глотка;

в) пищевод;

г) желудок;

д) тонкий кишечник; в него входят три переходящих друг в друга отдела: двенадцатиперстная кишка, тощая кишка и подвздошная кишка;

е) толстый кишечник – образованный слепой кишкой, частями ободочной кишки (восходящей, поперечной, нисходящей и сигмообразной кишками) и прямой кишкой.

В полость пищеварительного канала поступают пищеварительные соки, образуемые железами. Часть желез расположена в самом пищеварительном канале; крупные железы находятся вне его, и вырабатываемые ими пищеварительные соки попадают в его полость по выводным протокам.

Переваривание пищи начинается в ротовой полости, где происходит механическое раздробление и измельчение пищи при ее пережевывании. В ротовой полости помещаются язык и зубы. Язык – подвижный мышечный орган, покрытый слизистой оболочкой, богато снабженный сосудами и нервами.

Язык передвигает пищу в процессе жевания, служит органом вкуса и речи.

Зубы измельчают пищу; кроме того, они принимают участие в формировании звуков речи. По функции и форме различают резцы, клыки, малые и большие коренные зубы. У взрослого человека 32 зуба: в каждой половине верхней и нижней челюстей развиваются 2 резца, 1 клык, 2 малых коренных и 3 больших коренных зуба.

Зубы закладываются еще в утробном периоде и развиваются в толще челюсти. У ребенка на 6–8 месяце жизни начинают прорезываться молочные, или временные, зубы. Зубы могут появляться раньше или позднее в зависимости от индивидуальных особенностей развития. Чаще всего первыми прорезываются средние резцы нижней челюсти, потом появляются верхние средние и верхние боковые; в конце первого года прорезываются обычно 8 молочных зубов. В течение второго года жизни, а иногда и в начале третьего заканчивается прорезывание всех 20 молочных зубов.

В 6–7 лет молочные зубы начинают выпадать, и на смену им постепенно растут постоянные зубы. Перед сменой корни молочных зубов рассасываются, после чего зубы выпадают. Малые коренные и третьи большие коренные, или зубы мудрости, вырастают без молочных предшественников. Прорезывание постоянной смены зубов заканчивается к 14–15 годам. Исключение составляют зубы мудрости, появление которых порой задерживается до 25–30 лет; в 15 % случаев они отсутствуют на верхней челюсти вообще. Причиной смены зубов является рост челюстей.

Измельченная механически пища в полости рта смешивается со слюной. В ротовую полость открываются протоки трех пар крупных слюнных желез: околоушные, поднижнечелюстные и подъязычные. Кроме того, почти по всей слизистой оболочке ротовой полости и языка расположены мелкие слюнные железки. Интенсивное слюноотделение начинается с появлением молочных зубов.

В слюне содержится фермент амилаза, расщепляющий полисахариды до декстринов, а затем до мальтазы и глюкозы. Белок слюны муцин делает слюну клейкой. Благодаря муцину пропитанная слюной пища легче проглатывается. В составе слюны есть вещество белковой природы – лизоцим, обладающий бактерицидным действием.

С возрастом количество отделяющейся слюны увеличивается; наиболее значительные скачки отмечаются у детей от 9 до 12 месяцев и от 9 до 11 лет. Всего в сутки у детей отделяется до 800 куб. см слюны.

Пищевод. Пища, измельченная в ротовой полости и пропитанная слюной, сформованная в пищевые комки, через зев поступает в глотку, а из нее – в пищевод. Пищевод – мышечная трубка длиной у взрослого человека около 25 см. Внутренняя оболочка пищевода – слизистая, покрыта многослойным плоским эпителием с признаками ороговения в верхних слоях. Эпителий защищает пищевод при движении по нему грубого пищевого комка. Слизистая оболочка образует глубокие продольные складки, что позволяет пищеводу сильно расширяться при прохождении пищевого комка.

У детей слизистая оболочка пищевода нежная, легко-травмируемая грубой пищей, богата кровеносными сосудами. Длина пищевода у новорожденных – около 10 см, в возрасте 5 лет – 16 см, в 15 лет – 19 см.

9.2. Процесс пищеварения

Особенности пищеварения в желудке. Желудок – наиболее расширенная часть пищеварительной системы. Он имеет вид изогнутого мешка, вмещающего до 2 л пищи.

Расположен желудок в брюшной полости асимметрично: большая его часть находится слева, а меньшая – справа от срединной плоскости тела. Выпуклый нижний край желудка – большая кривизна, короткий вогнутый край – малая кривизна. В желудке различают вход (кардиальная часть), дно (фундальная часть) и выход (пилорическая, или привратниковая, часть). Привратник открывается в двенадцатиперстную кишку.

Изнутри желудок выстлан слизистой оболочкой, образующей множество складок. В толще слизистой оболочки находятся железы, которые вырабатывают желудочный сок. Различают три типа клеток желудочных желез: главные (вырабатывают ферменты желудочного сока), обкладочные (вырабатывают соляную кислоту), добавочные (вырабатывают слизь).

Желудочный сок человека – бесцветная жидкость кислой реакции, в состав которой входят соляная кислота (0,5 %), ферменты, минеральные вещества и слизи. Последние предохраняют слизистую оболочку желудка от механических и химических повреждений. Соляная кислота убивает бактерии, попадающие в желудок, размягчает волокнистую пищу, вызывает набухание белков и способствует активированию пищеварительного фермента пепсина. За сутки у взрослого человека отделяется 1,2–2 л желудочного сока.

В состав желудочного сока входят два фермента – пепсин и химозин. Пепсин вырабатывается желудочными железами в неактивной форме и активизируется только в кислотной среде желудка. Пепсин расщепляет белки до альбумоз и пептонов. Химозин, или сычужный фермент, вызывает створаживание молока в желудке. Обнаружить химозин в желудочном соке детей особенно просто в период молочного вскармливания. У более старших детей створаживание происходит под влиянием пепсина и соляной кислоты желудочного сока. Также в желудочном соке содержится фермент липаза, который расщепляет жиры до глицерина и жирных кислот. Желудочная липаза действует на жиры, находящиеся в состоянии эмульсии (жиры молока).

В желудке пища задерживается от 4 до 11 ч и подвергается не только химической обработке с помощью желудочного сока, но и механическому воздействию. В толще стенок желудка находится мощный мышечный слой, состоящий из гладких мышц, мышечные волокна которого идут в продольном, косом и круговом направлениях. Сокращения мышц желудка способствуют лучшему перемешиванию пищи с пищеварительным соком, а также передвижению пищи из желудка в кишечник.

Желудок грудных детей имеет скорее горизонтальное положение и расположен почти весь в левом подреберье. Только когда ребенок начинает стоять и ходить, его желудок занимает более вертикальное положение.

С возрастом меняется и форма желудка. У детей до 1,5 лет она округлая, до 2–3 лет – грушевидная, к 7 годам желудок имеет форму, как у взрослых.

Вместимость желудка увеличивается с возрастом. Если у новорожденного она составляет 30–35 мл, то к концу первого года жизни увеличивается в 10 раз. В 10–12 лет вместимость желудка достигает 1,5 л.

Мышечный слой желудка у детей развит слабо, особенно в области дна. У новорожденных железистый эпителий желудка слабо дифференцирован, главные клетки еще недостаточно созрели. Дифференцировка клеток желез желудка у детей завершается к семи годам, но полного развития они достигают лишь к концу пубертатного периода.

Общая кислотность желудочного сока у детей после рождения связана с наличием в его составе молочной кислоты.

Функция синтеза соляной кислоты развивается в период от 2,5 до 4 лет. В возрасте от 4 до 7 лет общая кислотность желудочного сока в среднем составляет 35,4 единицы, у детей от 7 до 12 лет она равна 63. Относительно низкое содержание соляной кислоты в желудочном соке детей 4–6 лет ведет к снижению его противомикробных свойств, что проявляется в склонности детей к желудочно-кишечным заболеваниям.

У новорожденного ребенка в составе желудочного сока можно выделить следующие ферменты и вещества: пепсин, химозин, липазу, молочную кислоту и связанную соляную кислоту. Пепсин из-за низкой кислотности желудочного сока способен расщеплять лишь белки, входящие в состав молока. Активность фермента химозина к концу первого года жизни повышается до 256–512 единиц, хотя в первый месяц жизни ребенка она составляла всего 16–32 единицы. Находящийся в составе желудочного сока грудных детей фермент липаза расщепляет до 25 % жира молока. Однако следует учитывать тот факт, что жир материнского молока расщепляется не только желудочной липазой, но и липазой самого материнского молока. Это сказывается на скорости расщепления жиров в желудке детей, вскармливаемых искусственно. У них молочные жиры расщепляются всегда более медленно, чем при грудном вскармливании. В коровьем молоке липазы мало. По мере взросления ребенка активность липазы возрастает с 10–12 до 35–40 единиц.

Количество желудочного сока, его кислотность и переваривающая сила так же, как и у взрослого человека, зависят от пищи. Например, при питании женским молоком выделяется желудочный сок с низкой кислотностью и переваривающей силой; по мере становления желудочной секреции наиболее кислый сок отделяется на мясо, затем на хлеб, и наименьшей кислотностью отличается сок на молоко.

Секреторную активность желез желудка регулирует блуждающий нерв. Желудочный сок выделяется не только при раздражении рецепторов ротовой полости, но и на запах, вид пищи. Также он выделяется ко времени приема пищи.

У грудного ребенка желудок освобождается от пищи при грудном вскармливании через 2,5–3 ч, при питании коровьим молоком – через 3–4 ч, пища, содержащая значительные количества белков и жиров, задерживается в желудке 4,5–6,5 ч.

Пищеварение в кишечнике. Содержимое желудка в виде пищевой кашицы, пропитанной кислым желудочным соком, частично переварившееся мышечными сокращениями его стенок, перемещается к выходной его части (пилорическому отделу) и дозированно проходит из желудка в начальный отдел тонкого кишечника – двенадцатиперстную кишку. Внутрь двенадцатиперстной кишки открывается общий желчный проток печени и проток поджелудочной железы.

В двенадцатиперстной кишке происходит наиболее интенсивное и полное переваривание пищевой кашицы. Под действием сока поджелудочной железы, желчи и кишечного сока белки, жиры и углеводы перевариваются так, что становятся легкодоступными для всасывания и усвоения организмом.

Чистый поджелудочный сок – бесцветная, прозрачная жидкость щелочной реакции. Кишечный сок содержит фермент трипсин, расщепляющий белковые вещества до аминокислот. Трипсин вырабатывается клетками железы в неактивной форме и активируется кишечным соком. Фермент липаза, содержащийся в кишечном соке, активируется желчью и, действуя на жиры, превращает их в глицерин и жирные кислоты. Ферменты амилаза и мальтаза превращают сложные углеводы в моносахариды типа глюкозы. Отделение поджелудочного сока продолжается 6-14 ч и зависит от состава и свойств принятой пищи.

В двенадцатиперстную кишку поступает желчь, вырабатываемая клетками печени. И, хотя желчь не содержит в своем составе ферментов, ее роль в пищеварении огромна. Желчь переводит в активное состояние липазу, вырабатывающуюся клетками поджелудочной железы; эмульгирует жиры, превращая их во взвесь мелких капелек (эмульгированные жиры легче перевариваются). Кроме того, желчь активно влияет на процессы всасывания в тонкой кишке и способствует усилению отделения сока поджелудочной железы.

Двенадцатиперстная кишка продолжается в тощий отдел тонкого кишечника, а последний – в подвздошную кишку. Длина тонкой кишки у взрослого человека – 5–6 м. Внутренняя оболочка тонкой кишки слизистая и имеет множество выростов, или ворсинок (около 4 млн у взрослого человека). Ворсинки значительно увеличивают всасывающую поверхность тонкого кишечника. Помимо трипсина и липаз, в составе кишечного сока присутствует свыше 20 ферментов, оказывающих каталитическое воздействие на расщепление пищевых веществ.

В стенках тонкого кишечника имеются продольные и кольцевые мышцы, сокращения которых вызывают маятникообразные и перистальтические движения, что улучшает контакт пищевой кашицы с пищеварительными соками и способствует перемещению содержимого тонкой кишки в толстую кишку.

Длина толстой кишки – 1,5–2 м. Это самый широкий отдел кишечника. В толстой кишке различают слепую кишку с червеобразным отростком (аппендикс), ободочную кишку и прямую кишку.

В толстой кишке ферментативная обработка пищи весьма незначительна. Здесь происходит процесс интенсивного всасывания воды, в результате чего в конечных ее отделах формируется кал, который и выводится из организма. В толстой кишке живут многочисленные симбиотические бактерии. Одни из них расщепляют растительную клетчатку, так как пищеварительные соки человека не содержат ферментов для ее переваривания. Другие бактерии синтезируют витамин К и некоторые витамины группы В, которые затем всасываются организмом человека.

У взрослых кишечник относительно короче, чем у детей: длина кишечника у взрослого человека превышает длину его тела в 4–5 раз, у грудного ребенка – в 6 раз. Особенно интенсивно кишечник растет в длину от 1 до 3 лет из-за перехода от молочной пищи к смешанной и от 10 до 15 лет.

Мышечный слой кишечника и его эластические волокна развиты у детей слабее, чем у взрослых. В связи с этим перистальтические движения у детей происходят слабее. Пищеварительные соки кишечника уже в первые дни жизни ребенка содержат все основные ферменты, обеспечивающие процесс пищеварения.

Рост и развитие поджелудочной железы продолжается до 11 лет, наиболее интенсивно она растет в возрасте от 6 месяцев до 2 лет.

Печень у детей относительно больше, чем у взрослых. В 8-10 месяцев ее масса удваивается. Особенно интенсивно печень растет в 14–15 лет, достигая массы 1300–1400 г. Желчеотделение отмечается уже у трехмесячного плода. С возрастом желчеотделение усиливается.

Тема 10. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

10.1. Характеристика обменных процессов

Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т. е. образования сложных веществ из более простых. Одновременно с этим происходит распад, окисление сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.

Работа организма сопровождается непрерывным его обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 часть клеток кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д. Рост и обновление клеток организма возможны только случае непрерывного поступления в организм кислорода и питательных веществ. Питательные вещества являются именно тем строительным и пластическим материалом, из которого строится организм.

Для непрерывного обновления, построения новых клеток организма, работы его органов и систем – сердца, желудочно-кишечного тракта, дыхательного аппарата, почек и другого, для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию человек получает при распаде и окислении в процессе обмена веществ. Следовательно, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим строительным материалом, но и источником энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.

Таким образом, под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт и до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.

Анаболизм и катаболизм. Обмен веществ, или метаболизм, является тонко согласованным процессом взаимодействия двух взаимно противоположных процессов, протекающих в определенной последовательности. Анаболизмом называют совокупность реакций биологического синтеза, требующих затрат энергии. К анаболическим процессам относятся биологический синтез белков, жиров, липоидов, нуклеиновых кислот. За счет этих реакций простые вещества, поступая в клетки, с участием ферментов вступают в реакции обмена веществ и становятся веществами самого организма. Анаболизм создает основу для непрерывного обновления износившихся структур.

Энергия для анаболических процессов поставляется реакциями катаболизма, при которых происходит расщепление молекул сложных органических веществ с освобождением энергии. Конечными продуктами катаболизма являются вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, мочевая кислота и др. Эти вещества недоступны для дальнейшего биологического окисления в клетке и удаляются из организма.

Процессы анаболизма и катаболизма неразрывно связаны. Катаболические процессы поставляют для анаболизма энергию и исходные вещества. Анаболические процессы обеспечивают построение структур, идущих на восстановление отмирающих клеток, формирование новых тканей в связи с процессами роста организма; обеспечивают синтез гормонов, ферментов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки; поставляют для реакций катаболизма подлежащие расщеплению макромолекулы.

Все процессы метаболизма катализируются и регулируются ферментами. Ферменты являются биологическими катализаторами, которые «запускают» реакции в клетках организма.

Превращение веществ. Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте, где сложные вещества пищи расщепляются до более простых (чаще всего мономеров), способных всосаться в кровь или лимфу. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь или лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают главные изменения. Образовавшиеся из поступивших простых веществ сложные органические соединения входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Превращения веществ, происходящие внутри клеток, составляют существо внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки, которые разрывают внутримолекулярные химические связи с высвобождением энергии.

Главное значение в энергетическом обмене имеют реакции окисления и восстановления. При участии специальных ферментов осуществляются также и другие типы химических реакций, например реакции переноса остатка фосфорной кислоты (фосфорилирование), аминогруппы NH2 (переаминирование), группы метила СН3 (трансметилирование) и др. Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, на поддержание жизнедеятельности организма.

Конечные продукты внутриклеточного обмена частично идут на построение новых веществ клетки, неиспользуемые клеткой вещества удаляются из организма в результате деятельности органов выделения.

АТФ. Основным аккумулирующим и переносящим энергию веществом, используемым при синтетических процессах как клетки, так и всего организма, является аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат (АТФ). В состав молекулы АТФ входят азотистое основание (аденин), сахар (рибоза) и фосфорная кислота (три остатка фосфорной кислоты). Под влиянием фермента АТФазы в молекуле АТФ разрываются связи между фосфором и кислородом и присоединяется молекула воды. Это сопровождается отщеплением молекулы фосфорной кислоты. Отщепление каждой из двух концевых фосфатных групп в молекуле АТФ протекает с выделением больших количеств энергии. Вследствие этого две концевые фосфатные связи в молекуле АТФ получили название богатых энергией связей, или макроэргических.

10.2. Основные формы обмена веществ в организме

Обмен белков. Роль белков в обмене веществ. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, являются белками.

Биологическая ценность белков пищи. Аминокислоты, идущие на построение белков организма, неравноценны. Некоторые аминокислоты (лейцин, метионин, фенилаланин и др.) незаменимы для организма. Если в пище отсутствует незаменимая аминокислота, то синтез белков в организме резко нарушается. Аминокислоты, которые могут быть заменены другими или синтезированы в самом организме в процессе обмена веществ, называются заменимыми.

Белки пищи, содержащие весь необходимый набор аминокислот для нормального синтеза белка организма, называют полноценными. К ним относят преимущественно животные белки. Белки пищи, не содержащие всех необходимых для синтеза белка организма аминокислот, называют неполноценными (например, желатин, белок кукурузы, белок пшеницы). Наиболее высокая биологическая ценность у белков яиц, мяса, молока, рыбы. При смешанном питании, когда в пище есть продукты животного и растительного происхождения, в организм обычно доставляется необходимый для синтеза белков набор аминокислот.

Особенно важно поступление всех незаменимых аминокислот для растущего организма. Например, отсутствие в пище аминокислоты лизина приводит к задержке роста ребенка, к истощению его мышечной системы. Недостаток валина вызывает расстройство вестибулярного аппарата у детей.

Из питательных веществ только в состав белков входит азот, поэтому о количественной стороне белкового питания можно судить по азотистому балансу. Азотистый баланс – это соотношение количества азота, поступившего в течение суток с пищей, и азота, выделенного за сутки из организма с мочой, калом. В среднем в белке содержится 16 % азота, т. е. 1 г азота содержится в 6,25 г белка. Умножая величину усвоенного азота на 6,25, можно определить количество полученного организмом белка.

У взрослого человека обычно наблюдается азотистое равновесие – количества введенного с пищей азота и выведенного с продуктами выделения совпадают. Когда азота с пищей поступает в организм больше, чем его выводится из организма, говорят о положительном азотистом балансе. Такой баланс наблюдается у детей из-за увеличения массы тела при росте, во время беременности, при больших физических нагрузках. Отрицательный баланс характеризуется тем, что количество введенного азота меньше выведенного. Он может быть при белковом голодании, тяжелых болезнях.

Распад белков в организме. Те аминокислоты, которые не пошли на синтез специфических белков, подвергаются превращениям, во время которых освобождаются азотистые соединения. Азот отщепляется от аминокислоты в виде аммиака (NH3) или в виде аминогруппы NH2. Аминогруппа, отщепившись от одной аминокислоты, может переноситься на другую, благодаря чему строятся недостающие аминокислоты. Эти процессы идут преимущественно в печени, мышцах, почках. Безазотистый остаток аминокислоты подвергается дальнейшим превращениям с образованием углекислого газа и воды.

Аммиак, образовавшийся при распаде белков в организме (вещество ядовитое), обезвреживается в печени, где превращается в мочевину; последняя в составе мочи выводится из организма.

Конечные продукты распада белков в организме – это не только мочевина, но и мочевая кислота и другие азотистые вещества. Они выводятся из организма с мочой и потом.

Особенности белкового обмена у детей. В организме ребенка идут интенсивно процессы роста и формирования новых клеток и тканей. Потребность в белке детского организма больше, чем взрослого человека. Чем интенсивнее идут процессы роста, тем больше потребность в белке.

У детей наблюдается положительный азотистый баланс, когда количество азота, вводимого с белковой пищей, превышает количество азота, выводимого с мочой, что обеспечивает потребность растущего организма в белке. Суточная потребность в белке на 1 кг массы тела у ребенка на первом году жизни составляет 4–5 г, от 1 до 3 лет – 4–4,5 г, от 6 до 10 лет – 2,5–3 г, старше 12 лет – 2–2,5 г, у взрослых – 1,5–1,8 г. Отсюда следует, что в зависимости от возраста и массы тела дети от 1 до 4 лет должны получать 30–50 г белка в сутки, от 4 до 7 лет – около 70 г, с 7 лет – 75–80 г. При этих показателях азот максимально задерживается в организме. Белки не откладываются в организме про запас, поэтому если давать их с пищей больше, чем это требуется организму, то увеличения задержки азота и нарастания синтеза белка не произойдет. Слишком низкое количество белка в пище вызывает у ребенка ухудшение аппетита, нарушает кислотно-щелочное равновесие, усиливает выведение азота с мочой и калом. Ребенку нужно давать оптимальное количество белка с набором всех необходимых аминокислот, при этом важно, чтобы соотношение количества белков, жиров и углеводов в пище ребенка было 1:1:3; при этих условиях азот максимально задерживается в организме.

В первые дни после рождения азот составляет 6–7 % суточного количества мочи. С возрастом относительное содержание его в моче уменьшается.

Обмен жиров. Значение жиров в организме. Поступивший с пищей жир в пищеварительном тракте расщепляется на глицерин и жирные кислоты, которые всасываются в основном в лимфу и лишь частично в кровь. Через лимфатическую и кровеносную системы жиры поступают в жировую ткань. Много жира в подкожной клетчатке, вокруг некоторых внутренних органов (например, почек), а также в печени и мышцах. Жиры входят в состав клеток (цитоплазма, ядро, клеточные мембраны), там их количество постоянно. Скопления жира могут выполнять и другие функции. Например, подкожный жир препятствует усиленной отдаче тепла, околопочечный жир предохраняет почку от ушибов и т. д.

Жир используется организмом как богатый источник энергии. При распаде 1 г жира в организме освобождается энергии в два с лишним раза больше, чем при распаде такого же количества белков или углеводов. Недостаток жиров в пище нарушает деятельность центральной нервной системы и органов размножения, снижает выносливость к различным заболеваниям.

Жир синтезируется в организме не только из глицерина и жирных кислот, но и из продуктов обмена белков и углеводов. Некоторые непредельные жирные кислоты, необходимые организму (линолевая, линоленовая и арахидоновая), должны поступать в организм в готовом виде, так как он не способен самостоятельно их синтезировать. Главным источником непредельных жирных кислот являются растительные масла. Больше всего их в льняном и конопляном масле, но много линолевой кислоты и в подсолнечном масле.

С жирами в организм поступают растворимые в них витамины (A, D, Е и др.), имеющие для человека жизненно важное значение.

На 1 кг массы взрослого человека в сутки должно поступать с пищей 1,25 г жиров (80-100 г в сутки).

Конечные продукты обмена жиров – углекислый газ и вода.

Особенности обмена жиров у детей. В организме ребенка с первого полугодия жизни за счет жиров покрывается примерно на 50 % потребность в энергии. Без жиров невозможна выработка общего и специфического иммунитета. Обмен жиров у детей неустойчив, при недостатке в пище углеводов или при усиленном их расходе быстро истощаются депо жира.

Всасывание жиров у детей идет интенсивно. При грудном вскармливании усваивается до 90 % жиров молока, при искусственном – 85–90 %. У более взрослых детей жиры усваиваются на 95–97 %.

Для более полноценного использования жира в пище детей обязательно должны присутствовать углеводы, так как при их недостатке в питании происходит неполное окисление жиров и в крови накапливаются кислые продукты обмена.

Потребность организма в жирах на 1 кг массы тела тем выше, чем меньше возраст ребенка. С возрастом увеличивается абсолютное количество жира, необходимое для нормального развития детей. От 1 до 3 лет суточная потребность в жире составляет 32,7 г, от 4 до 7 лет – 39,2 г, от 8 до 13 лет – 38,4 г.

Обмен углеводов. Роль углеводов в организме. В течение жизни человек съедает около 10 т углеводов. Они поступают в организм главным образом в виде крахмала. Расщепившись в пищеварительном тракте до глюкозы, углеводы всасываются в кровь и усваиваются клетками. Особенно богата углеводами растительная пища: хлеб, крупы, овощи, фрукты. Продукты животного происхождения (за исключением молока) содержат мало углеводов.

Углеводы – главный источник энергии, особенно при усиленной мышечной работе. У взрослых людей больше половины энергии организм получает за счет углеводов. Распад углеводов с освобождением энергии может идти как в бескислородных условиях, так и в присутствии кислорода. Конечные продукты обмена углеводов – углекислый газ и вода. Углеводы обладают способностью быстро распадаться и окисляться. При сильном утомлении, при больших физических нагрузках прием нескольких граммов сахара улучшает состояние организма.

В крови количество глюкозы поддерживается на относительно постоянном уровне (около 110 мг%). Уменьшение содержания глюкозы вызывает понижение температуры тела, расстройство деятельности нервной системы, утомление. Печень играет большую роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови. Повышение количества глюкозы вызывает ее отложение в печени в виде запасного животного крахмала – гликогена, который мобилизуется печенью при снижении содержания сахара в крови. Гликоген образуется не только в печени, но и в мышцах, где его может накапливаться до 1–2 %. Запасы гликогена в печени достигают 150 г. При голодании и мышечной работе эти запасы истощаются.

Если содержание глюкозы в крови увеличивается до 0,17 %, то она начинает выводиться из организма с мочой; как правило, это происходит при употреблении с пищей большого количества углеводов. Это еще один механизм регулировки концентрации сахара в крови.

Однако в крови может наблюдаться стойкое повышение содержания сахара. Это происходит при нарушении функции желез внутренней секреции. Нарушение функционирования поджелудочной железы приводит к развитию сахарного диабета. При этом заболевании утрачивается способность тканей организма усваивать сахар, а также превращать его в гликоген и откладывать в печени. Поэтому уровень сахара в крови постоянно повышен, что приводит к усиленному выделению его с мочой.

Значение глюкозы для организма не исчерпывается ее ролью как источника энергии. Она входит в состав цитоплазмы и поэтому необходима для образования новых клеток, особенно в период роста. Входят углеводы и в состав нуклеиновых кислот.

Углеводы имеют важное значение и в обмене веществ в центральной нервной системе. При резком снижении количества сахара в крови отмечаются резкие расстройства деятельности нервной системы. Наступают судороги, бред, потеря сознания, изменение деятельности сердца. Если такому человеку ввести в кровь глюкозу или дать съесть обычный сахар, то через некоторое время эти тяжелые симптомы исчезают.

Полностью сахар из крови не исчезает даже при отсутствии его в пище, так как в организме углеводы могут образовываться из белков и жиров.

Потребность в глюкозе различных органов неодинакова. Мозг задерживает до 12 % приносимой глюкозы, кишечник – 9 %, мышцы – 7 %, почки – 5 %. Селезенка и легкие почти совсем ее не задерживают.

Обмен углеводов у детей. У детей обмен углеводов совершается с большой интенсивностью, что объясняется высоким уровнем обмена веществ в детском организме. Углеводы в детском организме служат не только основным источником энергии, но и выполняют важную пластическую роль при формировании клеточных оболочек, вещества соединительной ткани. Участвуют углеводы и в окислении кислых продуктов белкового и жирового обмена, чем способствуют поддержанию кислотно-щелочного равновесия в организме.

Интенсивный рост детского организма требует значительных количеств пластического материала – белков и жиров, поэтому образование углеводов у детей из белков и жиров ограничено. Суточная потребность в углеводах у детей высокая и составляет в грудном возрасте 10–12 г на 1 кг массы тела. В последующие годы потребное количество углеводов колеблется от 8–9 до 12–15 г на 1 кг массы. Ребенку в возрасте от 1 до 3 лет нужно давать с пищей в сутки в среднем 193 г углеводов, от 4 до 7 лет – 287 г, от 9 до 13 лет – 370 г, от 14 до 17 лет – 470 г, взрослому – 500 г.

Усваиваются углеводы детским организмом лучше, чем взрослым (у грудных детей – на 98–99 %). Вообще дети отличаются относительно большей выносливостью к повышенному содержанию сахара в крови, нежели взрослые. У взрослых глюкоза появляется в моче, если ее поступает 2,5–3 г на 1 кг массы тела, а у детей это происходит лишь при поступлении 8-12 г глюкозы на 1 кг массы тела. Прием незначительных количеств углеводов с пищей может вызвать у детей увеличение сахара в крови в два раза, но уже через 1 ч содержание сахара в крови начинает снижаться и через 2 ч полностью нормализуется.

Водный и минеральный обмен. Витамины. Значение воды и минеральных солей. Все превращения веществ в организме совершаются в водной среде. Вода растворяет пищевые вещества, поступившие в организм, транспортирует растворенные вещества. Вместе с минеральными веществами она принимает участие в построении клеток и во многих реакциях обмена. Вода участвует в регуляции температуры тела: испаряясь, она охлаждает тело, предохраняя его от перегрева.

Вода и минеральные соли создают в основном внутреннюю среду организма, являясь основной составной частью плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Некоторые соли, растворенные в жидкой части крови, участвуют в переносе газов кровью.

Вода и минеральные соли входят в состав пищеварительных соков, что определяет их значение для процессов пищеварения. И хотя ни вода, ни минеральные соли не являются источниками энергии в организме, нормальное поступление и выведение их из организма является условием его нормальной деятельности. Вода у взрослого человека составляет примерно 65 % массы тела, у детей – около 80 %.

Потеря организмом воды приводит к очень тяжелым нарушениям. Например, при расстройстве пищеварения у грудных детей большую опасность представляет обезвоживание организма, это влечет за собой судороги, потерю сознания. Лишение человека воды на несколько дней смертельно.

Водный обмен. Пополнение тела водой происходит постоянно за счет всасывания ее из пищеварительного тракта. Человеку в сутки нужно 2–2,5 л воды при нормальном пищевом режиме и нормальной температуре окружающей среды. Это количество воды поступает из следующих источников: воды, потребляемой при питье (около 1 л); воды, содержащейся в пище (около 1 л); воды, которая образуется в организме при обмене белков, жиров и углеводов (300–350 куб. см).

Основные органы, удаляющие воду из организма, – почки, потовые железы, легкие и кишечник. Почками за сутки из организма удаляется 1,2–1,5 л воды в составе мочи. Потовыми железами через кожу в виде пота удаляется 500–700 куб. см воды в сутки. При нормальной температуре и влажности воздуха на 1 кв. см кожного покрова каждые 10 мин выделяется около 1 мг воды. Легкими в виде водяных паров выводится 350 куб. см воды; это количество резко возрастает при углублении и учащении дыхания, и за сутки тогда может выделиться 700–800 куб. см воды. Через кишечник с калом выводится в сутки 100–150 куб. см воды; при расстройстве деятельности кишечника может выводиться большее количество воды, что приводит к обеднению организма водой.

Для нормальной деятельности организма важно, чтобы поступление воды в организм полностью покрывало ее расход. Если воды выводится из организма больше, чем поступает в него, возникает чувство жажды. Отношение количества потребленной воды к количеству выделенной составляет водный баланс.

В организме ребенка преобладает внеклеточная вода, это обусловливает большую гидролабильность детей, т. е. способность быстро терять и быстро накапливать воду. Потребность в воде на 1 кг массы тела с возрастом уменьшается, а абсолютное ее количество возрастает. Трехмесячному ребенку требуется 150–170 г воды на 1 кг массы, в 2 года – 95 г, в 12–13 лет – 45 г. Суточная потребность в воде у годовалого ребенка 800 мл, в 4 года – 950-1000 мл, в 5–6 лет – 1200 мл, в 7-10 лет – 1350 мл, в 11–14 лет – 1500 мл.

Значение минеральных солей в процессе роста и развития ребенка. С наличием минеральных веществ связано явление возбудимости и проводимости в нервной системе. Минеральные соли обеспечивают ряд жизненно важных функций организма, таких как рост и развитие костей, нервных элементов, мышц; определяют реакцию крови (рН), способствуют нормальной деятельности сердца и нервной системы; используются для образования гемоглобина (железо), соляной кислоты желудочного сока (хлор); поддерживают определенное осмотическое давление.

У новорожденного минеральные вещества составляют 2,55 % от массы тела, у взрослого – 5 %. При смешанном питании взрослый человек получает все необходимые ему минеральные вещества в достаточном количестве с пищей, и только поваренную соль добавляют к пище человека при ее кулинарной обработке. Растущий детский организм особенно нуждается в дополнительном поступлении многих минеральных веществ.

Минеральные вещества оказывают важное влияние на развитие ребенка. С кальциевым и фосфорным обменом связаны рост костей, сроки окостенения хрящей и состояние окислительных процессов в организме. Кальций влияет на возбудимость нервной системы, сократимость мышц, свертываемость крови, белковый и жировой обмен в организме. Фосфор нужен не только для роста костной ткани, но и для нормального функционирования нервной системы, большинства железистых и других органов. Железо входит в состав гемоглобина крови.

Наибольшая потребность в кальции отмечается на первом году жизни ребенка; в этом возрасте она в восемь раз больше, чем на втором году жизни, и в 13 раз больше, чем на третьем году; затем потребность в кальции снижается, несколько повышаясь в период полового созревания. У школьников суточная потребность в кальции – 0,68-2,36 г, в фосфоре – 1,5–4,0 г. Оптимальное соотношение между концентрацией солей кальция и фосфора для детей дошкольного возраста составляет 1: 1, в возрасте 8-10 лет – 1: 1,5, у подростков и старших школьников – 1: 2. При таких отношениях развитие скелета протекает нормально. В молоке имеется идеальное соотношение солей кальция и фосфора, поэтому включение молока в рацион питания детей обязательно.

Потребность в железе у детей выше, чем у взрослых: 1–1,2 мг на 1 кг массы в сутки (у взрослых – 0,9 мг). Натрия дети должны получать 25–40 мг в сутки, калия – 12–30 мг, хлора – 12–15 мг.

Витамины. Это органические соединения, совершенно необходимые для нормального функционирования организма. Витамины входят в состав многих ферментов, что объясняет важную роль витаминов в обмене веществ. Витамины способствуют действию гормонов, повышению сопротивляемости организма к неблагоприятным воздействиям внешней среды (инфекциям, действию высокой и низкой температуры и т. д.). Они необходимы для стимулирования роста, восстановления тканей и клеток после травм и операций.

В отличие от ферментов и гормонов большинство витаминов не образуются в организме человека. Главным их источником являются овощи, фрукты и ягоды. Содержатся витамины также в молоке, мясе, рыбе. Витамины требуются в очень небольших количествах, но их недостача или отсутствие в пище нарушает образование соответствующих ферментов, что приводит к заболеваниям – авитаминозам.

Все витамины делят на две большие группы: а) растворимые в воде; б) растворимые в жирах. К водорастворимым витаминам относят группу витаминов В, витамины С и Р. К жирорастворимым витаминам – витамины А1 и А2, D, Е, К.

Витамин B1 (тиамин, аневрин) содержится в лесных орехах, неочищенном рисе, хлебе грубого помола, ячневой и овсяной крупах, особенно много его в пивных дрожжах и печени. Суточная потребность в витамине составляет у детей до 7 лет 1 мг, от 7 до 14 лет – 1,5 мг, с 14 лет – 2 мг, у взрослых – 2–3 мг.

При отсутствии в пище витамина B1 развивается заболевание бери-бери. Больной теряет аппетит, быстро утомляется, постепенно появляется слабость в мышцах ног. Затем наступают потеря чувствительности в мышцах ног, поражение слухового и зрительного нервов, гибнут клетки продолговатого и спинного мозга, наступает паралич конечностей, без своевременного лечения – смерть.

Витамин В2 (рибофлавин). У человека первым признаком отсутствия этого витамина является поражение кожи (чаще всего в области губ). Появляются трещины, которые мокнут и покрываются темной коркой. Позднее развивается поражение глаз и кожи, сопровождающееся отпадением ороговевших чешуек. В дальнейшем могут развиться злокачественное малокровие, поражение нервной системы, внезапное падение кровяного давления, судороги, потеря сознания.

Содержится витамин В2 в хлебе, гречневой крупе, молоке, яйцах, печени, мясе, томатах. Суточная потребность в нем составляет 2–4 мг.

Витамин РР (никотинамид) содержится в зеленых овощах, моркови, картофеле, горохе, дрожжах, гречневой крупе, ржаном и пшеничном хлебе, молоке, мясе, печени. Суточная потребность в нем у детей – 15 мг, у взрослых – 15–25 мг.

При авитаминозе РР отмечаются чувство жжения во рту, обильное слюнотечение и поносы. Язык становится малиново-красным. На руках, шее, лице появляются красные пятна. Кожа становится грубой и шероховатой, отчего заболевание получило название пеллагра (от итал. pelle agra – шершавая кожа). При тяжелом течении болезни ослабевает память, развиваются психозы и галлюцинации.

Витамин B12 (цианкобаламин) у человека синтезируется в кишечнике. Содержится в почках, печени млекопитающих и рыб. При его недостатке в организме развивается злокачественное малокровие, связанное с нарушением образования эритроцитов.

Витамин С (аскорбиновая кислота) широко распространен в природе в овощах, фруктах, хвое, в печени. Хорошо сохраняется аскорбиновая кислота в квашеной капусте. В 100 г хвои содержится 250 мг витамина С, в 100 г шиповника – 150 мг. Потребность в витамине С составляет 50-100 мг вдень.

Недостаток витамина С вызывает заболевание цингой. Обычно болезнь начинается с общего недомогания, угнетенности. Кожа приобретает грязновато-серый оттенок, десны кровоточат, выпадают зубы. На теле появляются темные пятна кровоизлияний, некоторые из них изъязвляются и причиняют резкую боль.

Витамин А (ретинол, аксерофтол) в организме человека образуется из распространенного природного пигмента каротина, находящегося в больших количествах в свежей моркови, помидорах, салате, абрикосах, рыбьем жире, сливочном масле, печени, почках, желтке яиц. Суточная потребность у детей в витамине А – 1 мг, взрослых – 2 мг.

При недостатке витамина А замедляется рост детей, развивается «куриная слепота», т. е. резкое падение остроты зрения при неярком освещении, приводящее в тяжелых случаях к полной, но обратимой слепоте.

Витамин D (эргокальциферол) особенно необходим детям для профилактики одной из наиболее распространенных болезней детского возраста – рахита. При рахите нарушается процесс формирования костей, кости черепа становятся мягкими и податливыми, конечности искривляются. На размягченных участках черепа образуются гипертрофированные теменные и лобные бугры. Вялые, бледные, с неестественно большой головой и коротким кривоногим телом, большим животом, такие дети резко отстают в развитии.

Все эти тяжелые нарушения связаны с отсутствием или недостатком в организме витамина D, который содержится в желтках, коровьем молоке, рыбьем жире.

Витамин D может образовываться в коже человека из провитамина эргостерола под влиянием ультрафиолетовых лучей. Рыбий жир, пребывание на солнце или искусственное ультрафиолетовое облучение являются средствами предупреждения и лечения рахита.

10.3. Возрастные особенности энергетического обмена

Даже в условиях полного покоя человек расходует некоторое количество энергии: в организме непрерывно тратится энергия на физиологические процессы, которые не останавливаются ни на минуту. Минимальный для организма уровень обмена веществ и энергетических затрат называют основным обменом. Основной обмен определяют у человека в состоянии мышечного покоя – лежа, натощак, т. е. через 12–16 ч после еды, при температуре окружающей среды 18–20 °C (температура комфорта). У человека среднего возраста основной обмен составляет 4187 Дж на 1 кг массы в час. В среднем это 7 140 000-7 560 000 Дж в сутки. Для каждого человека величина основного обмена относительно постоянна.

Особенности основного обмена у детей. Поскольку на единицу массы у детей приходится относительно большая поверхность тела, чем у взрослого человека, основной обмен у них интенсивнее, чем у взрослых. У детей также значительно преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции. Энергетические затраты на рост тем больше, чем моложе ребенок. Так, расход энергии, связанный с ростом, в возрасте 3 месяцев составляет 36 %, в возрасте 6 месяцев – 26 %, 9 месяцев – 21 % общей энергетической ценности пищи.

Основной обмен на 1 кг массы у взрослого человека составляет 96 600 Дж. Таким образом, у детей 8-10 лет основной обмен в два или два с половиной раза выше, чем у взрослых.

Величина основного обмена у девочек несколько ниже, чем у мальчиков. Это различие начинает проявляться уже во второй половине первого года жизни. Выполняемая работа у мальчиков влечет более высокий расход энергии, чем у девочек.

Определение величины основного обмена часто имеет диагностическое значение. Повышается основной обмен при избыточной функции щитовидной железы и некоторых других заболеваниях. При недостаточности функции щитовидной железы, гипофиза, половых желез основной обмен снижается.

Расход энергии при мышечной деятельности. Чем тяжелее мышечная работа, тем больше энергии тратит человек. У школьников подготовка к уроку, урок в школе требуют энергии на 20–50 % выше энергии основного обмена.

При ходьбе затраты энергии на 150–170 % превышают основной обмен. При беге, подъеме по лестнице затраты энергии превышают основной обмен в 3–4 раза.

Тренировка организма значительно сокращает расход энергии на выполняемую работу. Это связано с уменьшением числа мышц, принимающих участие в работе, а также с изменением дыхания и кровообращения.

У людей разных профессий затраты энергии различны. При умственном труде энергетические затраты ниже, чем при физическом. У мальчиков общий суточный расход энергии больше, чем у девочек.

Тема 11. ГИГИЕНА ТРУДОВОГО ОБУЧЕНИЯ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ТРУДА УЧАЩИХСЯ

Гигиена уроков труда в начальных классах. На уроках труда дети конструируют, используя детский конструктор, изготавливают из дерева, картона и бумаги модели кораблей, самолетов и другие, лепят, вышивают. Чтобы эти занятия не наносили вреда детскому здоровью, в первую очередь необходимо соблюдать правильную рабочую позу. Это значит, что корпус должен быть прямой или слегка направленный вперед, голова немного наклонена. Желательно часто менять положение тела во избежание утомительных статических усилий. Нельзя допускать сдавление грудной клетки и брюшной полости и перенапряжение зрения.

Материал, применяемый на уроках труда, должен быть чистым, свободным от инфекции, не вызывающим повреждений кожи (заноз, ссадин, порезов и т. д.), а также не должен содержать химически вредных веществ. С этой целью строительный деревянный материал хорошо обстругивается, зачищается, выравниваются острые углы. Нельзя использовать краски, содержащие свинец, мышьяк и другие ядовитые вещества. Детские конструкторы и рукоятки металлических инструментов перед уроком обтираются 0,2–1 %-ным осветленным раствором хлорной извести. Вес всех составных элементов строительного материала не должен превышать 1–2 кг. Картон берут не толще 0,5 мм, чтобы его легко можно было резать. Для лепки, кроме глины, можно использовать пластилин, потому что он меньше пачкает руки.

В первой стадии обучения шитью, чтобы избежать напряжения, лучше пользоваться крупными иглами с большим ушком, темными нитками и светлой материей. Ножницы должны быть длиной 118–120 мм, с закругленными концами, легко двигаться, длина их режущих краев – 70 мм. Вес ножа не должен превышать75 г; лезвие ножа должно быть изготовлено из высококачественной стали, хорошо наточенное, но без острого конца; длина – 70 мм, ширина – 15 мм. Ручка ножа должна быть длиной 85 мм из твердого, отполированного дерева. Шило берется стальное, веретенообразной формы, длиной 40 мм; ручка его из твердого, гладкого дерева длиной 85 мм, диаметр широкой части – 30 мм.

Продолжительность уроков труда зависит от возраста, состояния здоровья и вида труда, а трудовые операции и используемый материал должны быть разнообразными. При этом совершенно необходимо соблюдать правила личной гигиены.

Гигиена уроков сельскохозяйственного труда. С V класса проводятся уроки сельскохозяйственного труда. Сельскохозяйственный инвентарь, применяемый в цветниках, на огороде и на учебно-опытном участке, по форме, размерам, весу должен соответствовать возрасту детей. Железные грабли должны иметь расстояние между зубьями 27–30 мм, а деревянные – до 50–55 мм.

Для детей младшего школьного возраста рекомендуются железные грабли с 8 зубьями и деревянные с 7 зубьями; для подростков и старшего школьного возраста – железные грабли с 10 и деревянные с 9 зубьями. Размер мотыг для детей младшего возраста – 100 х 90 мм, длина ручки – 100 см; для старшего возраста – 125–100 мм, длина ручки – 140 см. Ручки лопат и граблей должны быть деревянными, овальными. Емкость леек и ведер (в куб. дм) должна быть: для детей младшего возраста – 4–5, доля подростков – 4–6, для старшего возраста – 6–8.

Вес переносимых грузов в 11–12 лет не должен превышать 4 кг, в 13–14 лет – 6 кг. При переносе груза на носилках вдвоем его вес, включая вес носилок, не должен быть более: в 7–8 лет – 4 кг, в 9-10 лет – 6 кг, в 10–12 лет – 10 кг, в 13–15 лет – 14 кг, в 16–17 лет – 24 кг.

Продолжительность уроков сельскохозяйственного труда школьников 8–9 лет составляет до 1 ч в день, в 10–12 лет – 1,5 ч, в 13–14 лет – 3 ч, в 14–17 лет – 5–6 ч при отсутствии другой физической работы. Через каждые 20–25 мин для младших школьников и 30–40 мин для старших полагается пятиминутный отдых. При 5-6-часовом рабочем дне рекомендуются две смены: с 7–8 ч утра до 10–11 ч дня и с 17–18 ч вечера.

Гигиенические требования к урокам труда в столярной и слесарной мастерских. Уроки труда в столярной и слесарной мастерских также начинаются с V класса. Форма, размеры, вес и соотношение частей столярных и слесарных инструментов также должны соответствовать возрасту. Вес столярного молотка должен быть меньше, чем слесарного. Для детей 11–12 лет столярный молоток должен весить 200 г, 13–14 лет – 300 г, слесарный молоток – соответственно 300 и 400 г.

При работе инструмент и изготовляемые изделия нельзя прижимать к груди. При правильной рабочей позе предполагается равномерное распределение нагрузки для правой и левой половины тела, выпрямленное положение корпуса и небольшой наклон головы вперед. Во время пиления ноги должны быть раздвинуты на расстояние длины стопы, колени выпрямлены, корпус немного наклонен вперед. При строгании нужно стоять вполоборота к верстаку, левую ногу выдвинуть вперед на расстояние двойной длины стопы, а правую ступню развернуть по отношению к левой на 70–80° и корпус слегка наклонить вперед. Чтобы уменьшить продолжительность статических усилий, ученики не должны долго стоять, во время объяснений преподавателя рекомендуется сидеть.

Работа в мастерских как форма активного отдыха ставится на третий-четвертый уроки. В самом начале занятий учеников необходимо ознакомить с техникой безопасности и предупреждения травматизма.

Учебная мастерская рассчитана на 20 рабочих мест, которые оборудуются верстаками и станками. Высота столярных верстаков должна быть 75,5; 78 и 80,5 см для трех групп учеников ростом 140–150 см, поверхность верстака – 125 х 45 см. Чтобы определить высоту подходящего для него верстака, ученик встает боком к торцевой стороне верстака и кладет на нее ладонь. Если высота верстака соответствует росту, то рука в локтевом суставе не сгибается, предплечье и плечо остаются на прямой линии.

В столярных мастерских верстаки должны быть расположены в три ряда, перпендикулярно или под углом 45° к окнам. Расстояние между ними – не менее 80 см.

В слесарных мастерских размеры рабочего места должны быть 60 х 100 см, расстояние между осями соседних тисков – 100 см. Высота слесарного верстака от пола до губок тисков бывает двух размеров – 85 и 95 см. Если рост ученика не соответствует высоте стола, используются подставки для ног высотой в 5, 10 и 15 см. Станки располагают перпендикулярно к окнам таким образом, чтобы свет падал слева. При этом многоместные станки располагают в четыре ряда, а двухместные сдваивают. Одноместные станки целесообразно расставлять в шахматном порядке. Наименьшее расстояние между станками должно быть 80 см, между рядами – 120 см, расстояние от внутренней стены – 80 см.

Освещение и вентиляция в мастерских должны соответствовать гигиеническим нормам. В ходе урока труда рекомендуется делать перерывы для отдыха на 2–3 мин: для младших школьников – через каждые 10–15 мин, для подростков – через 15–20 мин.

Гигиена уроков физики, химии и биологии. При проведении на уроках физики опытов, связанных с изучением электричества, необходимо соблюдать меры безопасности, поскольку электрический ток напряжением свыше 100 В и 50 мА может быть смертельным. Запрещено проверять наличие тока пальцами. Мерами защиты следует предупреждать ожоги при работе с расплавленными металлами, стеклом и т. д. На уроках химии во избежание отравления, ожогов кислотами и щелочами, несчастных случаев при взрывах во время проведения химических опытов следует неукоснительно соблюдать технику безопасности. Обожженную часть тела нужно немедленно обмыть под сильной струей холодной проточной воды. В химической лаборатории обязательно наличие вытяжной вентиляции.

На уроках биологии при работе на опытном участке необходимо избегать солнечного удара, а также повреждений кожи в целях предупреждения проникновения возбудителя столбняка и др. Кроме того, сельскохозяйственный труд школьника обязательно должен быть разнообразным.

Гигиенические требования к планировке школьного здания. Как правило, школы строятся по типовым проектам, разработанным с учетом ученических мест в начальной, неполной средней и средней школе. Земельный участок, отведенный под строительство школы, должен быть 0,3–4 га, из них 40–50 % должно приходиться на зеленые насаждения. На территории школы предусматриваются площадка для игр с мячом, для гимнастики, занятий легкой атлетикой (спортивная зона); учебно-опытная зона для организации и проведения сельскохозяйственного труда; зоны для подвижных игр и для тихого отдыха; хозяйственная зона с самостоятельным въездом. Оптимально трехэтажное здание с несколькими выходами и гардеробами, обеспечивающими организацию противоэпидемических мероприятий. Гигиенические требования к школьному зданию предусматривают достаточную изоляцию отдельных групп помещений, удобную связь с функциональными зонами школьного участка, выделение специальной учебной секции для шестилетних детей.

В классе количество учеников не должно превышать 30 человек. В начальной школе предусматривается универсальная комната (площадью 60 кв. м) для групп продленного дня. Это дает возможность организовать досуг детей. Кроме того, должна быть предусмотрена комната площадью 80 кв. м для занятий ручным трудом. Для трудового обучения учащихся V-Х классов имеются кабинет по профориентации и основам производства, универсальная мастерская по техническим видам труда, помещение по обработке тканей. Предусмотрены лаборантские для всех учебных кабинетов. В современных школах организованы учебные кабинеты информатики и электронно-вычислительной техники, значительно улучшен спортивный комплекс. Для школ вместимостью 30–35 классов предусмотрены два спортивных зала размерами 12 х 24 и 18 х 30 м. Кроме того, на группу школ предусмотрены учебный тир, крытый бассейн для обучения плаванию и проведения спортивной работы. Существенно расширен состав помещений для кружков (технического моделирования, творчества, юных натуралистов), студий (живописи, рисунка и скульптуры, хореографии и драматургии), кинофотолаборатории.

Площадь обеденного зала определяется из расчета 0,65-0,75 кв. м на одно место, одновременно в нем должно помещаться не менее чем 25 % учащихся. В состав помещений медицинского назначения входит кабинет врача, объединенный с комнатой площадью 12–15 кв. м. Помимо кабинета врача, в ряде школ предусмотрен кабинет стоматолога (площадью 14 кв. м). Размер класса должен быть не менее 64 кв. м, лабораторных кабинетов – не менее 66 кв. м. Расстояние от классной доски до последнего ряда столов или парт не должно превышать 8 м. Высота потолка учебных помещений должна быть не менее 3 м, в спортивных залах – в зависимости от площади зала (при площади 162 кв. м – 5,4 м; 288 кв. м и более – 6 м).

Список использованной литературы

1. Гальперин С.И. Анатомия и физиология человека. М.: Высшая школа, 1974.

2. Косицкий Г.И. Физиология человека. М.: Медицина, 1985.

3. Матюшонок М.Т., Турин Г.Г., Крюкова А.А. Физиология и гигиена детей и подростков. М.: Высшая школа, 1974.

4. Ноздрачев А. Д. Общий курс физиологии человека и животных: В 2 т. Т. 2. М.: Высшая школа, 1991.

5. Хрипкова А.А. Возрастная физиология. М.: Просвещение, 1978.

6. Малая медицинская энциклопедия: В 6 т. Т. 6. М.: Медицина, 1991–1996.

Оглавление

Принятые сокращения

Тема 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ДЕТСКОГО ОРГАНИЗМА

  1.1. Основные закономерности роста и развития

  1.2. Возрастная периодизация

  1.3. Акселерация роста и развития

  1.4. Возрастные анатомо-физиологические особенности

  1.5. Гигиена учебно-воспитательного процесса в школе

  1.6. Гигиенические основы режима дня учащихся

Тема 2. ВЛИЯНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И СРЕДЫ НА РАЗВИТИЕ ДЕТСКОГО ОРГАНИЗМА

  2.1. Наследственность и ее роль в процессах роста и развития

  2.2. Человек и растения

  2.3. Человек и животные

  2.4. Влияние вирусов на организм человека

  2.5. Гигиена одежды и обуви

Тема 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

  3.1. Особенности функций и строения опорно-двигательного аппарата

  3.2. Виды и функциональные особенности мышечной ткани детей и подростков

  3.3. Рост и работа мышц

  3.4. Роль мышечных движений в развитии организма

  3.5. Особенности роста костей черепа

  3.6. Рост позвоночника. Позвоночник взрослого и ребенка

  3.7. Развитие грудной клетки

  3.8. Особенности развития таза и нижних конечностей. Скелет нижних конечностей

  3.9. Развитие костей верхних конечностей

  3.10. Влияние мебели на осанку. Гигиенические требования к оборудованию школы

Тема 4. РАЗВИТИЕ РЕГУЛЯТОРНЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА

  4.1. Значение и функциональная деятельность элементов нервной системы

  4.2. Возрастные изменения морфофункциональной организации нейрона

  4.3. Свойства импульсов возбуждения в центральной нервной системе. Биоэлектрические явления

  4.4. Процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе

  4.5. Строение и функционирование спинного мозга

  4.6. Строение и функционирование головного мозга

  4.7. Функции вегетативного отдела нервной системы

  4.8. Эндокринные железы. Их взаимосвязь и функции

  4.9. Развитие половых органов ребенка. Период полового созревания

Тема 5. АНАЛИЗАТОРЫ. ГИГИЕНА ОРГАНОВ ЗРЕНИЯ И СЛУХА

  5.1. Понятие об анализаторах

  5.2. Органы зрения. Строение глаза

  5.3. Световая и цветовая чувствительность. Световоспринимающая функция

  5.4. Световой режим в учебных заведениях

  5.5. Слуховой анализатор

  5.6. Вестибулярный аппарат

Тема 6. АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗРЕВАНИЯ МОЗГА

  6.1. Развитие больших полушарий и локализация функций в коре головного мозга

  6.2. Условные и безусловные рефлексы. И.П. Павлов

  6.3. Торможение условных рефлексов

  6.4. Аналитико-синтетическая деятельность коры больших полушарий

  6.5. Первая и вторая сигнальные системы

  6.6. Типы высшей нервной деятельности

Тема 7. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КРОВИ И КРОВООБРАЩЕНИЯ

  7.1. Общая характеристика крови

  7.2. Форменные элементы крови

  7.3. Кровообращение

  7.4. Сердце: строение и возрастные изменения

Тема 8. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ

  8.1. Строение органов дыхания и голосового аппарата

  8.2. Дыхательные движения. Акты вдоха и выдоха

  8.3. Газообмен в легких

  8.4. Гигиенические требования к воздушной среде учебных заведений

Тема 9. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПИЩЕВАРЕНИЯ

  9.1. Строение пищеварительного канала

  9.2. Процесс пищеварения

Тема 10. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

  10.1. Характеристика обменных процессов

  10.2. Основные формы обмена веществ в организме

  10.3. Возрастные особенности энергетического обмена

Тема 11. ГИГИЕНА ТРУДОВОГО ОБУЧЕНИЯ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ТРУДА УЧАЩИХСЯ

Список использованной литературы

Реклама на сайте