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. Надежность биологической системы – это такой уровень запаса функциональных и регуляторных резервов всех элементов организма, который обеспечивает оптимально постоянную деятельность этого организма в динамических условиях окружающей среды. Надежность является основой выживания, адаптационно-приспособительных свойств и многих избыточных возможностей организма, в том числе до умственного и физического совершенствования.

Надежность биологической системы – это такой уровень запаса функциональных и регуляторных резервов всех элементов организма, который

обеспечивает оптимально постоянную деятельность этого организма в динамических условиях окружающей среды

Все живые существа, отдельные органы, ткани и даже клетки развиваются с запасом надежности. Например, бедренная кость человека, как указывалось

выше, выдерживает нагрузку 1,5 тонны, а большая берцовая кость – 1,65 тонны, что в ЗО раз превышает привычные текущие нагрузки на эти кости. Альвеолярная система легких способна усваивать за 1 мин. до 17000 мл кислорода, в то время как даже при самом мощном физической нагрузке потребности организма не преувеличивают 5000 мл. Потенциальные возможности нервной системы за всю жизнь используются лишь на 7-15%, и эти примеры можно продолжать.

По данным А. А. Маркосяна (1974) существует четыре уровня надежности биологических систем:

Избыточность элементов управления и отдельных структур организма;

Взаимозамена средств регулирования или элементов отдельных структур когда, например, происходит нервная или гуморальная регуляция; когда одна почка может взять на себя функции второй почки и др..;

Способность быстрого возвращения уровня деятельности органов и систем после активности в состояние постоянства;

Динамичность взаимодействия цепей всех систем организма.

(смотри конспект)

Гомеостаз. Пути надежности функционирования организма как биологической системы.

ГОМЕОСТАЗ – свойство живого организма сохранять относительное динамичное постоянство внутренней среды. Гомеостаз выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотическом давлении, устойчивости основных физиологических функций. Гомеостаз специфичен и обусловлен генотипом.

Ритмичность биологических функций, основных биофизических, биохимических и физиологических процессов, составляющих основу жизнедеятельности, является одним из условий существования животных и растительных организмов. Система гемостаза имеет свой биологический ритм функционирования (суточный, многодневный, сезонный, зависящий от солнечной активности).

Концепция о на­дежности биологических систем выдвинута профессором А.А. Маркосяном. Суть ее состоит в том, что в процессе роста и развития организма создается избыточность структур, дублирование функций, большой запас резервных воз­можностей. Этим обеспечивается надежность в работе любой биологической системы. Проиллюстрируем сказанное несколькими примерами: стенка сон­ной артерии способна выдержать давление в 20 атм., что в 60-70 раз превы­шает возможное. Передача зрительной информации происходит через 1 млн нервных волокон, а в сетчатке глаза содержится около 100 млн воспринима­ющих клеток, т. е. в 100 раз больше.

Дублирование структур и функций характерно для многих внутренних органов; два легких, две почки, два полушария головного мозга. Оно рассмат­ривается как биологическая целесообразность, обеспечивающая надежность функционирования систем, т. е организм ребенка обладает огромными по­тенциальными возможностями.

Правильно организованное физическое воспитание, спортивные занятия, раскрывая колоссальные потенциальные возможности растущего организма, обеспечивают высокий запас его прочности.

Перечень биологических законов

1. Обусловленность роста и развития генетическими и средовыми факторами (первый закон).

2. Неравномерность темпа роста и развития (второй закон).

3. Неодновременность (гетерохронность) развития отдельных органов и систем (третий закон).

4. Особенности роста и развития в зависимости от пола (четвертый закон).

5. Обеспечение надежности биологических систем организма (пятый закон).

6. Акцелерация и децелерация (шестой закон).

Регуляция. Виды регуляции. Местная регуляция. Нервная регуляция. Гуморальная регуляция

Согласованная деятельность различных систем организма, поддержание относительного постоянства клеточного состава и физико-химических свойств внутренней среды (гомеостаза) обеспечивается нервным и гуморальным механизмами регуляции функций.

Механизмы физиологической регуляции:

гуморальный.

Гуморальная физиологическая регуляция для передачи информации использует жидкие среды организма (кровь, лимфу, цереброспинальную жидкость и т.д.) Сигналы передаются посредством химических веществ: гормонов, медиаторов, биологически активных веществ (БАВ), электролитов и т.д.

Особенности гуморальной регуляции:

не имеет точного адресата – с током биологических жидкостей вещества могут доставляться к любым клеткам организма;

скорость доставки информации небольшая – определяется скоростью тока биологических жидкостей – 0,5-5 м/с;

продолжительность действия.

Нервная физиологическая регуляция для переработки и передачи информации опосредуется через центральную и периферическую нервную систему. Сигналы передаются с помощью нервных импульсов.

Особенности нервной регуляции:

имеет точного адресата – сигналы доставляются к строго определенным органам и тканям;

большая скорость доставки информации – скорость передачи нервного импульса – до 120 м/с;

кратковременность действия.

Для нормальной регуляции функций организма необходимо взаимодействие нервной и гуморальной систем.

Нейрогуморальная регуляция объединяет все функции организма для достижения цели, при этом организм функционирует как единое целое.

Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций тесно взаимосвязаны между собой. Гуморальные факторы оказывают влияние на деятельность нервных клеток ЦНС, она в свою очередь изменяет деятельность органов. С другой стороны – образование и поступление в кровь гуморальных веществ регулируется нервной системой

Таким образом, в организме существует единая нервно-гуморальная система, обеспечивающая саморегуляцию функций, без чего невозможно существование организма.

Физиологическая регуляция – это активное управление функциями организма и его поведением для поддержания оптимального уровня жизнедеятельности, постоянства внутренней среды и обменных процессов с целью приспособления организма к меняющимся условиям среды.

Гуморальную регуляцию условно делят на местную саморегуляцию и гормональную регуляцию.

Местная саморегуляцияобеспечивается передачей химических сигналов в пределах одной ткани или органа с помощью простейших метаболитов и более сложных продуктов обмена - «тканевых гормонов».

Простейшие метаболиты – вещества, получаемые в результате биохимических реакций. Они выступают как регуляторы обменных процессов и функций органов по принципу обратной связи. Например, образование молочной кислоты, пировиноградной кислоты при интенсивной деятельности мышц ведет к расши­рению артериол и прекапилляров для увеличения притока крови и кислорода. В то же время сократительная способность мышц ослабевает. Регуляторные эффекты метаболитов неспецифичны.

"Тканевые гормоны" или гистогормоны – это метаболиты сложного химического строения, которые в отличие от «классических» гормонов вырабатываются неспециализированными клетками (например, кинины, простагландины). Характерным признаком гистогормонов является их способность обеспечивать взаимодействие и регуляцию клеток на «местном» уровне, практически без вмешательства нервной системы.

Гистогормоны делятся на 2 группы:

1. Тканеспецифические гистогормоны локального действия:факторы роста нервов, тромбоцитов (тромбопоэтины), эритроцитов (эритропоэтины). Сюда же можно отнести и кейлоны или халоны - простые белки или гликопротеиды, подавляющие деление клеток и синтез ДНК. Существуют и антикейлоны – вещества, стимулирующие образование новых структур. Нарушение таких связей может лежать в основе ряда заболеваний (например опухолевый рост), а также играть роль в процессах старения.

2. Тканеспецифические гистогормоны широкого спектра действия -например, простагландины, брадикинин, гистамин,и т.д. Образование этих веществ, в отличие от гормонов, осуществляется неспециализированными клетками.

Нервные центры. Основные свойства нервных центров.

Строение и функции спинного мозга. Функциональная организация сегмента спинного мозга. Нейроны спинного мозга.

Специфические и неспецифические ядра таламуса.

Влияние центральной нервной системы и биологически активных веществ на кровообращение.

Газообмен в легких.

Газообмен - обмен газов между организмом и внешней средой. Из окружающей среды в организм непрерывно поступает кислород, который потребляется всеми клетками, органами и тканями; из организма выделяется образующийся в нём углекислый газ и незначительное количество др. газообразных продуктов метаболизма. Газообмен необходим почти для всех организмов, без него невозможен нормальный обмен веществ и энергии, а, следовательно, и сама жизнь.

Механизм газообмена в легких − весьма интересный процесс. Сами по себе легкие не растянутся и не сожмутся без работы мышц. В легочном дыхании участвуют межреберные мышцы и диафрагма (специальная плоская мышца на границе грудной и брюшной полостей). Когда сокращается диафрагма, в легких понижается давление, и воздух, естественно, устремляется в орган. Выдох происходит пассивно: эластичные легкие сами выталкивают воздух наружу. Хотя иногда мышцы могут сокращаться и при выдохе. Так происходит при активном дыхании.

Весь процесс находится под контролем головного мозга. В продолговатом мозге есть специальный центр регуляции дыхания. Реагирует он на наличие углекислого газа в крови. Как только его становится меньше, центр по нервным путям посылает сигнал диафрагме. Происходит процесс ее сокращения, и наступает вдох. При повреждении дыхательного центра больному вентилируют легкие искусственным путем.

Главная задача легких не просто перегонять воздух, а осуществлять процесс газообмена. В легких меняется состав вдыхаемого воздуха. И здесь основная роль принадлежит кровеносной системе. Что же представляет собой кровеносная система нашего организма? Ее можно представить большой рекой с притоками из маленьких речушек, в которые впадают ручейки. Вот такими ручейками-капиллярами пронизаны все альвеолы.

Кислород, поступивший в альвеолы, проникает в стенки капилляров. Это происходит потому, что в крови и воздухе, содержащимся в альвеолах, давление разное. Венозная кровь имеет меньшее давление, чем воздух альвеол. Поэтому кислород из альвеол устремляется в капилляры. Давление же углекислого газа меньше в альвеолах, чем в крови. По этой причине из венозной крови углекислый газ направляется в просвет альвеол.

В крови имеются специальные клетки – эритроциты, содержащие белок гемоглобин. Кислород присоединяется к гемоглобину и путешествует в таком виде по организму. Кровь, обогащенная кислородом, называется артериальной.

Дальше кровь переносится к сердцу. Сердце − еще один наш неутомимый труженик − перегоняет кровь, обогащенную кислородом, к клеткам тканей. И далее по «реченькам-ручейкам» кровь вместе с кислородом доставляется ко всем клеткам организма. В клетках она отдает кислород, забирает углекислый газ – продукт жизнедеятельности. И начинается обратный процесс: тканевые капилляры – вены – сердце – легкие. В легких обогащенная углекислым газом кровь (венозная) поступает опять в альвеолы и вместе с остатками воздуха выталкивается наружу. Углекислый газ, также как и кислород, переносится с помощью гемоглобина.

Итак, в альвеолах происходит двойной газообмен. Весь этот процесс осуществляется молниеносно, благодаря большой площади поверхности альвеол.

Физиология как наука. Связь физиологии с другими науками. Методы исследования.

(смотри конспект)

физиология как наука неразрывно связана с другими дисциплинами. Она базируется на знаниях физики, биофизики и биомеханики, химии и биохимии, общей биологии, генетики, гистологии, кибернетики, анатомии. В свою очередь, физиология является основой медицины, психологии, педагогики, социологии, теории и методики физического воспитания. В процессе развития физиологической науки из общей физиологии выделились различные ее частные разделы физиология труда, физиология спорта, авиакосмическая физиология, физиология подводного труда, возрастная физиология, психофизиология и др.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ НАДЕЖНОСТЬ

Организм, взаимодействуя с окружающей средой, имеет механизмы, которые обес­печивают его жизнеспособность. В процессе филогенеза (историческое развитие того или иного вида) был создан своеобразный резерв у организма, который со­ставляет так называемую биологическую надежность организма.

Биологическая надежность присуща как всему организму в целом, так и его
функциональным системам. Накопление надежности в отдельных органах и систе­
мах происходит гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение биоло­
гической надежности происходит в тех системах, которые на данном этапе разви­
тия организма более значимы. Например, концентрация факторов, участвующих
в свертывании крови, у новорожденногс^уже близка к уровню взрослого человека.
В течение первых двух лет жизни эта концентрация повышается в 2-3 раза. Такое
увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и повы­
шает биологическую надежность организма, .который может подвергаться трав­
мам и повреждениям. "

Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием ор­ганов (парные почки, легкие, глаза и т. д.); других - взаимозаменяемостью (поте­ря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности).

Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормаль­ных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих воз­можностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Например, в вентиляции легких участвует лишь 15 % легочной ткани, а при интенсивной физической работе - 25-30 %. В коре больших полушарий активны 4 % нервных клеток, что свидетельствует об огромных резерв­ных возможностях нервной системы.

Биологическая надежность наследственно закреплена и позволяет расширять или. снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от усло­вий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности тем­пературной адаптации, а недостаточное питание детей приводит к нарушениям деятельности организма.

За счет биологической надежности достигается экономизация функций орга­низма. Организм в условиях покоя использует только часть своих функциональ­ных возможностей для адаптации к различным воздействиям, сохраняя резерв для ответной реакции в экстремальных ситуациях. Например, максимальная частота сердечных сокращений у человека составляет примерно 170-180 циклов в 1 мин. В раннем возрасте частота сердечных сокращений у детей, даже в 1 покое, равна 120-130 уд./мин, тогда как у взрослых нетренированных людей - 80 уд./мин, а у трени­рованных спортсменов - 60 уд./мин. Благодаря уменьшению частоты сердечных сокращений увеличивается резерв функциональных возможностей сердца.

1.6. АДАПТИВНОСТЬ

Адаптация - свойство организма приспосабливаться к действию факторов ок­ружающей среды. Различают адаптацию физиологическую и социальную. Фи­зиологическая адаптация - совокупность функциональных реакций организма на неблагоприятные воздействия внешней среды, направленных на сохранение свойственного организму уровня гомеостаза (относительное физико-химическое постоянство внутренней среды организма).

В настоящее время под адаптацией понимают формирование приспособитель­ных реакций организма не только при действии неблагоприятных или экстремаль­ных факторов среды, но и при действии обычных (не экстремальных) факторов.

Любые приспособительные реакции в организме осуществляются под контро­лем ЦНС благодаря формированию специальных функциональных систем адап­тации, которые включают корковые и подкорковые отделы головного мозга и эн­докринные железы. При формировании защитных реакций организма в условиях экстремальных воздействий (стресса) особое значение имеет гипофиз и надпочеч­ники, они синтезируют адаптивные гормоны.

Социальная адаптация заключается в том, что человек должен приспосабли­ваться к действию факторов социальной среды и вырабатывать поведенческие реакции для данной социальной микрогруппы: семья, ясли, детский сад, школа и т. д.

Адаптационные возможности детей и подростков существенно меньше, чем взрослого человека, поэтому учителям и родителям следует оберегать детей от рез­ких изменений условий жизни, воздействия непривычных для них раздражающих факторов. Затрудняет адаптацию неблагополучный анамнез* ребенка: патологи­ческое течение беременности у матери, неблагоприятные роды, частые заболева­ния ребенка, травмы головного мозга. Резко снижаются адаптационные возмож­ности организма детей в критические периоды развития.

Поступление детей в школу в корне меняет характер их жизни. Им прихо­дится адаптироваться к школьной нагрузке - физической, умственной и эмоци­ональной. Проведение нескольких часов в день за партой в школе, дома за сто­лом приводит к напряжению статических мышц, поддерживающих осанку. Не­зрелость опорно-двигательного аппарата детей младшего школьного возраста, а также недостаточное развитие координационных механизмов в коре головного мозга обусловливают несовершенство двигательной функции. Из-за недостаточ­ной силы нервных процессов, преобладания процессов возбуждения над процес­сами торможения возможны неустойчивое внимание, ухудшение памяти и быст­рое утомление. Многие школьники испытывают гиподинамию (уменьшение дви­гательной активности), которая ведет к ухудшению функций нервной системы, внутренних органов, костной и мышечной систем и нарушению осанки.

* Анамнез - сведения о наследственности, перенесенных болезнях и условиях жизни больного как материал для диагноза.

Адаптация первоклассников к школьной нагрузке протекает в три фазы.

1. Фаза ориентировочного приспособления - длится 2 недели и характеризует­ся повышением возбудимости детей, увеличением реактивности всех систем. У 40 % детей наблюдается повышенная двигательная активность. Учителю не­обходимо реализовать эту активность посредством проведения физкультмину­ток и организации перемен с максимальным пребыванием на свежем воздухе.

2. Фаза относительно устойчивого приспособления - длится до 6 недель. В эту фазу происходит постепенное привыкание детей к новым условиям, режиму. Однако это привыкание неустойчиво, шитому любые перегрузки могут при­вести к истощению организма, нарушению психики ребенка, агрессии, раз­личным формам неврозов (боязнь шкоды, учителя, плохих отметок и т. д.). Ус­тановлено, что около 15 % детей не справляются со школьной нагрузкой, из-за чего возникают различные заболевания органов дыхания, желудочно-кишеч­ного тракта, инфекционные заболевания. В таком случае следует перевести. ребенка на индивидуальное обучение либо повременить с его обучением..

3. Фаза неполного приспособления -^длится от 16 до 20 недель. Происходит тренировка всех систем организма, у ученика улучшается работоспособность, он овладевает навыками письма, чтения, счета. Развитие и длительность этой фазы зависят от условий, создаваемых педагогами и родителями. Рациональ­но составленный режим дня, регулярное Полноценное питание и достаточный сон облегчают адаптацию детей к школьной нагрузке. Следует помнить, что ни одна схема режима дня не может быть универсальной, необходимо учиты­вать индивидуальные особенности ребенка.

Поскольку адаптация младших школьников протекает на разных уровнях (нервно-психическом, двигательно-поведенческом, вегетативном, биохимическом и т. д.), то для оценки адаптации используют различные тесты и методики.

Существует пассивная адаптация, которая заключается в избегании от воз­действия факторов среды или подчинении им. Такое проявление адаптации не­благоприятно для дальнейшего развития ребенка и свидетельствует о необходи­мости коррекции условий его жизни.

Естественно, что организм, непрерывно взаимодействуя с окружающей средой, должен иметь механизмы, обеспечивающие его жизнеспособность в пределах широких колебаний окружающих условий. Поэтому в процессе филогенеза происходило широкое накопление жизненных возможностей, создание своеобразного резерва, который составляет так называемую биологическую надежность организма. Примером, подтверждающим высказанное положение, может служить развитие системы свертывания крови. Известно, что количество тромбина (фермента, вызывающего свертывание крови), содержащегося в 10 мл крови, достаточно для свертывания всей крови человека; в среднем в организме около 5 л крови; следовательно, тромбина одного человека вполне достаточно для превращения в сгусток крови 500 человек. Принимая во внимание, что при свертывании используется лишь часть этого фактора, нетрудно представить колоссальные резервные возможности всей системы.

Принцип надежности присущ как всему организму в целом, так и его системам (центральной нервной системе, дыхательной, пищеварительной и т.д.). Накопление биологической надежности в отдельных органах и системах идет гетерохронно. В первую очередь максимальное увеличение надежности происходит в системах, приобретающих на данном этапе развития решающее значение. Так, например, концентрация факторов, участвующих в свертывании крови, у новорожденного уже близка к уровню взрослого человека. В течение первых двух лет жизни их количество повышается в 2-3 раза. Это увеличение совпадает с периодом овладения ребенком навыками ходьбы и, несомненно, повышает биологическую надежность организма, подвергающегося на данном этапе развития возросшей угрозе травм и повреждений.

Биологическая надежность одних систем обеспечивается дублированием органов (парные почки, легкие, глаза и т.д.); других - взаимозаменяемостью (потеря зрения приводит к обострению слуха и тактильной чувствительности, позволяющей организму адаптироваться к жизненным условиям).

Важной особенностью биологической надежности является то, что в нормальных условиях организм и все его системы функционируют не на пределе своих возможностей, а сохраняют определенный резерв, который может быть использован в экстремальных ситуациях. Это обусловлено наличием избыточных элементов, участвующих в осуществлении любой функции. Так, в двух почках содержится около 2 млн нефронов, тогда как для поддержания гомеостаза внутренней среды организма вполне достаточно 400-500 тыс. единиц. Не случайно поэтому при родственной трансплантации почки донор может отдать реципиенту одну почку практически без всякого ущерба для своего здоровья. В вентиляции легких участвует лишь 15% легочной ткани, а при интенсивной физической работе - 25-30%, остальная часть легочной ткани отражает наличие избыточных элементов. В коре больших полушарий активны 4-15% нервных клеток, что свидетельствует об огромных резервных возможностях нервной системы. Следовательно, увеличение количества функционирующих элементов различных систем организма за счет привлечения резервных структур - один из важных стратегических подходов к повышению его функциональных возможностей.

Одним из факторов, обеспечивающих биологическую надежность систем, является совместное участие разных процессов, органов и регуляторных механизмов в обеспечении гомеостаза. Так, обеспечение клеток кислородом достигается согласованной работой систем дыхания, кровообращения и крови. При этом перенос кислорода кровью происходит в виде физически растворенного и химически связанного соединения. Даже сердце, которое является единственным насосом, перекачивающим кровь по кровеносной системе, имеет около 600 помощников - скелетных мышц, сокращение которых способствует продвижению крови по сосудам. Не случайно умеренные физические нагрузки оказывают благотворное влияние на работу сердца. Содержание сахара в крови регулируется большой группой гормонов: одни (глюкагон, кортизол, адреналин, соматотропин) повышают концентрацию глюкозы в крови, другие (инсулин, сома-тостатин) - понижают. Таким образом, совместная деятельность нескольких содружественных механизмов обеспечивает большую устойчивость и надежность гомеостатических систем. Этот принцип особенно наглядно проявляется при анализе работы функциональных систем организма. Каждая функциональная система для обеспечения полезного для организма результата избирательно объединяет тканевые элементы различного уровня, принадлежащие к разным анатомическим образованиям. В свою очередь, разные функциональные системы для достижения приспособительного результата могут использовать различные или одни и те же органы. Так, сердечная деятельность может усиливаться и для поддержания постоянного уровня артериального давления, и для форсированного газообмена, и для выполнения физической нагрузки, и для сохранения оптимальной температуры тела при перегревании, и т.д. То есть отдельные органы включаются в функциональные системы по принципу взаимодействия для совместного участия в достижении полезного приспособительного результата, поэтому имеется частичная взаимозаменяемость и компенсация при нарушении деятельности каких-либо органов.

Надежность биологической системы наследственно закреплена и позволяет расширять или снижать границы жизненных возможностей человека в зависимости от условий жизни. Так, закаливание организма расширяет резервные возможности температурной адаптации. Неблагоприятные экологические факторы среды приводят к нарушениям функций различных органов и систем, в том числе центральной нервной системы, что выражается в ухудшении здоровья, показателей поведения и способности к обучению.

С биологической надежностью тесно связана еще одна особенность онтогенетического развития - экономизация функций. Она заключается в том, что с возрастом в состоянии физиологического покоя снижается уровень функциональной активности всех органов, обеспечивая, таким образом, увеличение диапазона реагирования. Так, если ЧСС у новорожденного составляет 120-140 ударов в минуту, то к 10 годам она составляет 80-90, а у взрослых - 60-80. Аналогично частота дыхания у новорожденного колеблется в пределах 40-60 циклов в минуту, в 10 лет - 20, а у взрослого - 16-18. Естественно, что при интенсивной физической нагрузке увеличивается ЧСС и дыхания, которая может достигать 170-180 ударов и 30-40 циклов в минуту. Таким образом, больший прирост ЧСС и дыхания у взрослого человека свидетельствует о больших возможностях его органов и систем, т.е. увеличении резервных возможностей.

Надежность биологических систем

Надежностью биологической системы называют ее способность со­хранять целостность и выполнять свойственные ей функции в те­чение определенного времени, составляющего, как правило, продол­жительность жизни.

Принципы надежности

Свойство надежности обеспечивается рядом принципов:

1. Принцип избыточности

Принцип избыточности - обусловлен наличием боль­шего, чем требуется для реализации функции числа элементов, например, множества нервных клеток и связей между ними (струк­турная избыточность), множества каналов передачи информации, излишнего ее объема (информационная избыточность) и т.п..

2. Принцип резервирования функции

Принцип резервирования функции - обеспечи­вается наличием в системе элементов, способных переходить из состояния покоя к деятельности. Это происходит, например, при не­обходимости повысить интенсивность функционирования, для чего вовлекаются резервные элементы. Так, при спокойном дыхании функционируют (вентилируются) не все альвеолы легких, а при усилении дыхания включаются резервные; в работающей мышце открываются нефункционирующие в покое капилляры. Приведенный вариант реализации принципа резервирования ведет к увеличению числа функционирующих в системе элементов. Особое значение приобретает наличие резервных элементов при повреждении или отказе части действующих структур. При этом вовлечение резервных элементов обеспечивает сохранение функции.

3. Принцип периодичности функционирования

Принцип периодичности функционирования обеспечивает переменную структуру системы и в состоянии физио­

логического покоя. Так, в легких постоянно происходит смена вен­тилируемых альвеол, в почках - функционирующих нефронов, в мозге - возбуждающихся нервных клеток центра и т.д. Периодич­ ность функционирования «дежурных» и «покоящихся» структур обес­ печивает защитную роль состояния покоя для всех элементов по­ стоянно действующей системы.

4. Принцип взаимозаменяемости и замещения функций

Принцип взаимозаменяемости и замещения функций - обеспечивает возможность перестройки функциональ­

ных свойств элементов системы, что способствует сохранению функ­ции в условиях отказа или повреждения других элементов. Для центральной нервной системы это проявляется в пластичности моз­га, т.е. изменении эффективности и направленности связей между нейронами, способствующей обучению или восстановлению функции после повреждения. Примером замещения функций может являться изменение дыхания, деятельности почек при сдвигах рН крови и

недостаточной эффективности буферных систем.

5. Принцип дублирования

Принцип дублирования, связан, например, с наличи­ем в организме парных органов (легкие, почки). В системах регулирования этот принцип проявляется не только наличием одинако­вых структурных элементов - параллельным расположением в нерве большого числа одинаковых нервных волокон, существованием многочисленных клеток или многоклеточных структур с одинаковой функцией (нейроны в мозге, нефроны в почке, тканевые капилля­ры). Он также обеспечивает одинаковый эффект разными путями регуляции (симпатический и парасимпатический пути регуляции функций сердца, множество сахаррегулирующих гормонов и т.п.). Многоконтурность в системах регуляции физиологических параметров - один из основных способов реализации дублирования.

6. Принцип смещения в ряду сопряженных функций

Принцип смещения в ряду сопряженных функций обеспечивает достижение приспособительного результа­та при нарушении одной из функций за счет активации другой. Например, при нарушении внешнего дыхания и поступления кислорода в кровь активируется образование эритроцитов, изменяются функции кровообращения, вследствие чего доставка кислорода к тканям не страдает.

7. Принцип усиления, существующий в системах регуляции

Принцип усиления, существующий в системах регуляции, обеспечивает их энергетическую экономичность и в конечном счете также способствует надежности. Для получения мощного регуляторного эффекта совсем не обязательно посылать столь же боль­шое количество сигналов по информационным каналам. Так, весьма небольшое количество молекул гормона может вызвать существенное изменение функции. Изменение лишь одной аминокислоты в детерминантной группе белка может придать ей чужеродность, а для иммунного ответа необходимо очень малое количество чужеродных молекул.

Надежность биологических систем обеспечивается и способностью к увеличению массы элементов, испытывающих постоянные рабочие нагрузки (гипертрофия), и регенеративными процессами, восстанав­ливающими структуру при гибели клеток. Для организма в целом важнейшим способом повышения надежности является приспособи­тельное поведение.

18. Понятие о компенсации, её этапы.

Компенсация (компенсаторные процессы) - адаптация в условиях болезни, приспособление к патологическим условиям существования организма. Сформированное таким образом приспособление (стадия компенсации) рано или поздно завершается истощением функциональных возможностей и срывом компенсации - декомпенсацией (стадия декомпенсации). При декомпенсации жизненно важных функций наступает смерть организма. Рекомпенсация возможна только путём замены «изношенного» органа полноценным донорским (трансплантация органа). Таким образом, решение проблемы рекомпенсации зависит от успехов трансплантационной медицины.

Морфология приспособительных процессов

В отечественной патологической анатомии среди приспособительных процессов, помимо воспаления, иммунного ответа и тромбоза, традиционно рассматривают объёмные процессы (атрофию и гипертрофию), регенерацию, дисплазию, организацию и стресс-синдром.

Похожая информация.