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 дифференцировкойтканей, 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 мышцв 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.
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 дифференцировкойтканей, 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 мышцв 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.
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.