Определения физиологии и психофизиологии.

Наши лекции посвящены вопросам возрастной физиологии и возрастной психо-логии, конкретнее, возрастным особенностям. Естественно, чтобы говорить об особенностях, мы вкратце должны остановиться на общих закономерностях.

Начнем с определений.

Физиология (от греч. physis – природа и logos – учение) – наука о природе, о существе жизненных процессов. Физиология изучает жизнедеятельность орга-низма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов, систем. Предметом изуче-ния физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, ре-гуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в про-цессе эволюции и индивидуального развития особи. Физиологическая функ-ция (functio – деятельность) – проявления жизнедеятельности организма и его ча-стей, имеющие приспособительное значение и направленные на достижение по-лезного результата. В основе функции лежит обмен веществ, энергии и информа-ции.

Психофизиология как самостоятельная научная дисциплина сформировалась сравнительно недавно на основе знаний, накопленных в нейрофизиологии, фи-зиологии высшей нервной деятельности и нейропсихологии. Бурное развитие ин-струментальных методов исследования и компьютерных технологий способство-вало существенному сближению различных наук о мозге. Если каждое из этих научных направлений ранее использовало только собственные методы исследова-ния, то в настоящее время применение единых методов изучения мозговых про-цессов (электроэнцефалографических и томографических) способствовало суще-ственному сближению всех отраслей знания о мозге и развитию психофизиоло-гии.

Психофизиология – наука о мозговой организации психических процессов, научная дисциплина, изучающая физиологические основы психических процес-сов и целенаправленного поведения. Фактически это тоже физиология, но не со-матическая, например изучающая механизмы работы сердечно-сосудистой систе-мы, а физиология головного мозга в широком понимании этого термина, не толь-ко как части центральной нервной системы, но и как носителя психики.

Почему возникает необходимость выделения специального раздела в этих науках – изучения возрастного аспекта, развития?

К настоящему времени известно, что с момента зачатия ребенка и до смерти в организме человека идут специфические процессы формообразования и видоиз-менения различных систем и органов. Морфологические изменения основаны на биохимических процессах и функциональной активности каждого органа, каждой системы, и всего организма в целом. А эти процессы имеют свои особенности в разные периоды жизни. Эти изменения предопределены наследственными факто-рами, определяя до некоторой степени этапы развития и роста. Однако суще-ственное значение для выявления этих наследственных факторов, формирования возрастных особенностей, имеют факторы среды, в которой живет и развивается

организм. Это учеба и воспитание, питание и гигиенические условия жизни, об-щения с другими людьми, физическая активность и другие факторы, которые со-ставляют сущность социальной жизни человека. Таким образом, рост и развитие организма зависят как от биологических (генетических), так и от социальных (об-раз жизни, характер питания), факторов.

Изучение закономерностей роста и развития детей и подростков позволило жиз-ненный цикл человека разделить на возрастные периоды, которые характеризу-ются специфическими анатомическими и функциональными особенностями. Чет-ко очерченных пределов между этими периодами нет и они несколько условны. Однако выделение таких периодов необходимо, потому что люди одного и того же календарного (паспортного), но разного биологического возраста (возраст раз-вития), по-разному реагируют на физические и психические нагрузки.

Напомню. Возраст – продолжительность периода от момента рождения до настоящего или любого другого момента времени.

Возраст анатомо-физиологический – возраст, определяемый по совокупности обменных, структурных, физиологических, регуляторных процессов. Этот возраст может не соответствовать календарному.

Возраст паспортный (хронологический) – период времени от момента рождения до настоящего или любого другого момента исчисления.

Возраст биологический – возраст развития. Существование индивидуальных ко-лебаний процесса роста и развития послужило основанием для введения этого по-нятия. При описании основных морфологических особенностей человека в раз-личные периоды используют, как правило, средние показатели. Индивидуальные различия в процессах роста и развития могут варьироваться в широких пределах. Особенно сильно эти различия проявляются в период полового созревания, когда за сравнительно короткий промежуток времени происходят весьма существенные морфологические и физиологические перестройки организма.

Формулирование понятия «биологический возраст» имеет большое значение, поскольку для многих практических целей важна группировка детей не только по календарному (паспортному) возрасту, а по степени их развития. У значительной части детей биологический и хронологический (календарный) возраст совпадают. Однако встречаются дети и подростки, у которых биологический возраст опере-жает хронологический или отстает от него.

Основными критериями биологического возраста считаются:

– размеры тела и органов, масса;

– «скелетная зрелость» – окостенение скелета;

– «зубная зрелость» – прорезывание молочных и постоянных зубов;

– степень развития вторичных половых признаков;

– мускульная сила;

– развитие желез внутренней секреции.

Оценка биологического возраста производится путем сопоставле-ния соответствующих показателей развития обследуемого индивида со стандар-тами, характерными для данной возрастной, половой и этнической группы. Стан-дарты периодически обновляются. Например, в кардиологии последнее обновле-ние было в 2004 г. Эти данные, кажется, уже устарели.

Для правильной оценки биологического возраста желательно использо-вать несколько показателей в их сочетании. Однако на практике при массовых обследованиях о биологическом возрасте приходится судить по каким-то отдель-ным показателям, достаточно хорошо отражающим развитие ребенка.

В жизни человека выделяют такие возрастные периоды:

– новорожденный – 1-10 дней;

– грудной – до 1 года;

– раннего детства – от 1 до 4 лет;

– первого детства – с 4 до 7 лет;

– второго детства – с 8 до 11лет у девочек, и до 12 лет – у мальчиков;

– подростковый – с 13 до 16 лет – у мальчиков, с 12 до 15 лет – у девочек – пе-риод полового созревания;

– юношеский возраст – с17 до 21 года – у мальчиков, с 16 до 20 лет – у девушек;

– зрелый возраст – с 22 лет до 60 – у мужчин, с 21 до 55 лет – у женщин;

– преклонный возраст – с 61 до 74 лет – у мужчин, с 56 до 74 лет – у женщин;

– старческий возраст – с 75 до 90 лет;

– долгожители – свыше 90 лет.

Критерии периодизации развития – наиболее информативные показатели, ха-рактеризующие специфику отдельных этапов развития. В качестве главного кри-терия существующей периодизации, отражающего качественные преобразования целостного организма, ведущими специалистами института возрастной физиоло-гии РАО был предложен такой интегральный показатель, как метаболизм, изме-нения которого проявляются в количественных морфологических характеристи-ках: масса тела (вес), длина тела (рост), смена зубов и др.

Существует также представление о том, что в основу возрастной периодизации должны быть положены критерии, характеризующие адаптивное функциониро-вание организма на разных этапах его развития. В качестве такого критерия предлагается выделение для каждого этапа развития ведущей функции. На основе этого принципа в раннем постнатальном развитии И.А.Аршавский выделил пери-оды, характеризующиеся особенностями питания и двигательных актов.

В процессе онтогенеза возникает активное отношение ребенка к внешним фак-торам, усиливается роль высших отделов центральной нервной системы в обеспе-чении адаптивных реакций на внешнесредовые факторы. Особую роль в возраст-ной периодизации приобретают критерии, отражающие уровень развития и каче-ственные изменения адаптивных механизмов, связанных с созреванием различ-ных отделов мозга, в том числе и центральных регуляторных структур, обуслов-ливающих деятельность всех физиологических систем, формирование психиче-ских процессов и поведения ребенка.

Такой подход к проблеме возрастной периодизации сближает физиологические и психологические позиции и создает базу для выработки единой периодизации развития ребенка. Л.С.Выгодский в качестве критериев возрастной периодизации рассматривал психические новообразования, характерные для конкретных этапов развития. Продолжая эту линию, А.Н.Леонтьев и Д.Б.Эльконин особую роль в возрастной периодизации придавали ведущей деятельности, определяющей воз-никновение психологических новообразований. Важно иметь в виду, что особен-ности развития, в том числе и психические новообразования, определяются как

внутренними факторами (морфофункциональными), так и внешними условиями, влияющими на индивидуальное развитие ребенка. Это определяет относитель-ность временного разграничения периодов развития.

С точки зрения физиологии, основными закономерностями возрастного раз-вития, помимо периодизации является также гетерохронность, т. е., неравно-мерность и разновременность роста и развития. Во-первых, здесь имеется в виду, что период роста органа и период его созревания не всегда совпадают. Например, мышцы сначала вырастают в длину вслед за растущими костями, а затем в длин-ных, но тонких мышечных волокнах начинает набираться нужное количество ферментативных молекул, запасов полисахаридов, жирных кислот, миоглобина и т. д. Во-вторых, гетерохронность развития означает, что развитие разных органов происходит в разное время – например, сначала растут кости скелета, а потом начинают расти и созревать внутренние органы. Именно поэтому практически у каждого ребенка есть проблемы как с сердечно-сосудистой, так и с дыхательной системами. Однако, наиболее сильно последствия гетерохронности развития про-являются со стороны желудочно-кишечного тракта – у каждого первого ребенка выявляется дискинезия желче-выводящих путей.

В ходе онтогенеза наблюдаются также определенные периоды формирования отдельных функций организма и различных органов, замедление и ускорение их роста. Периоды ускоренного роста разных органов не совпадают. Например: са-мый интенсивный рост длины скелета происходят на 1-м году жизни и в период пубертата. Речь как проявление психической функции мозга формируется на про-тяжение первых 2–3 лет жизни, а речевая артикуляция (управляемость мышцами, участвующими в произношении звуков) – к 5 годам. Основные позы тела осваи-ваются до 1 года, а основной набор движений (ходьба, бег, прыжки) закладывает-ся до 3 лет.

В процессе индивидуального развития существуют критические периоды, ко-торые характеризуются повышенной чувствительностью организма, который раз-вивается, к факторам внешней и внутренней среды. Критические периоды (греч. criticus – переломный) – периоды резких преобразований функций организма, оказывающие наиболее существенное влияние на последующее развитие и пове-дение развивающегося организма.

Выделяют такие критические периоды развития:

1) предэмбрионный;

2) оплодотворение;

3) вживление зародыша (4–8 неделя, время эмбриогенеза);

4) формирование зачатков осевых органов – хорды, нервной трубки, первичной кишки и плаценты (3–8 неделя развития);

5) стадия усиленного развития головного мозга (20–24 неделю перинатального периода развития);

6) момент рождения ребенка и период новорожденности;

7) период раннего и первого детства (2–7 лет), когда заканчивается формирова-ние взаимосвязей между органами и системами органов;

8) подростковый возраст (период полового созревания – у мальчиков с 13 до 16 лет, девочек, – с 12 до 15 лет).

При действии неблагоприятных факторов окружающей среды может наблю-даться ретардация – замедленное развитие.

С критическими периодами частично совпадают так называемые сенситивные периоды, когда организм особенно восприимчив к влияниям внешней среды, в том числе и педагогическим. Критические периоды переключают организм на но-вый уровень онтогенеза, создают морфофункциональную основу существования организма в новых условиях жизнедеятельности, например, при повышении уровня половых гормонов. А наличие сенситивных периодов является основой приспособления организма к этим условиям. Например, занятия спортом или про-сто высокая двигательная активность в период полового созревания способствует более легкому «переживанию» подростками всплеска гормональной активности, как на уровне психологических проявлений (эмоции, уравновешенность процес-сов возбуждения и торможения), так и в работе сердечно-сосудистой системы, системы иммунитета, в плане обмена веществ.

Сенситивные периоды для развития различных физических ка-честв проявляются гетерохронно. Так, сенситивный период для развития абсо-лютной мышечной силы наблюдается с 14–15 лет, быстроты – 11–14 лет, общей выносливости – 15–20 лет, гибкости – с 3–4 до 15 лет, ловкости – с 7-10 до 13–15 лет. Именно на протяжении сенситивных периодов применяемые средства и ме-тоды в физическом воспитании достигают наилучшего тренирующего эффекта. В другие жизненные периоды эффективность того же объема и той же интенсивно-сти тренировок подобного прироста физических качеств не обеспечивают.

В основе повышенной чувствительности к внешним воздействиям лежит высо-кая пластичность мозга или других физиологических систем. Так, на определен-ных этапах развития интенсивные структурные преобразования в головном мозге, в частности, миелинизация нервных волокон и образование новых синаптических контактов, лежат в основе повышенной чувствительности формирующихся пси-хических функций к внешнесредовым факторам. Гетерохрония созревания струк-тур и систем мозга, обеспечивающих ту или иную психическую функцию, обу-словливает разнесенность во времени сенситивных периодов для различных пси-хических функций и форм поведения.

Я думаю, у вас уже возник вопрос, нужны ли вам такие глубокие теоретические познания. Позвольте ответить на него словами Д.А.Фарбер, одного из ведущих специалистов по возрастной физиологии на постсоветском пространстве. Психо-лого-педагогическое образование должно строиться на основе глубоких знаний по возрастной физиологии и возрастной психофизиологии. Любые манипуляции с детьми, их физическим развитием и сознанием должны строиться только на базе знаний о том, что эти дети из себя представляют, и чем может закончиться ваше вмешательство.

Частная возрастная физиология.

Кратко остановившись на основных теоретических положениях возрастной фи-зиологии, переходим к частной возрастной физиологии, т. е. к особенностям фи-зиологии различных органов и систем. Начнем с наиболее простого варианта – с физиологии костной системы.

Одной из главных функций человека является движение его в простран-стве. Движение – это основная приспособительная реакция организма к окружа-

ющей его среде. Эту функцию у млекопитающих (и человека) выполняет опорно-двигательный аппарат. Движение осуществляется при участии костей, выполня-ющих функции рычагов, и скелетных мышц. Опорно-двигательный аппарат со-стоит из двух частей: пассивной и активной. К пассивной относятся кости, соеди-ненные между собой, к активной – мышцы, при сокращении которых изменяется положение тела в пространстве.

Биологическое значение костной системы также связано с участием ее в мине-ральном обмене (депо фосфора, кальция, железа и др.). Кости черепа образуют хорошо защищенное вместилище для головного мозга; кости позвоночника и нижних конечностей выполняют опорную функцию; кости грудной клетки защи-щают сердце и легкие от внешнего воздействия; кости таза предохраняют моче-вой пузырь и прямую кишку, а у женщин – матку с придатками.

Кость (os) человека представляет собой сложный орган: она занимает соответ-ствующее место, имеет соответствующие форму и строение, выполняет только ей присущие функции. Кость образуется костной тканью, которая относится к со-единительной ткани. Она состоит из клеток и плотного межклеточного вещества, богатого коллагеном и минеральными компонентами.

Проникающие в кость сосуды и нервы способствуют взаимодействию ее с орга-низмом, участию в общем обмене веществ, выполнению функций и необходимой перестройке при росте, развитии и изменяющимся условиям существования. В живом организме кость содержит около 50 % воды, 28 % органических веществ, в том числе 16 % жиров и 22 % неорганических веществ. Органический компонент кости представлен белковыми веществами, а неорганический – гидроксиапати-том. Кроме того, в кости содержатся также в разных количествах натрий, магний, калий, хлор, фтор, карбонаты и нитраты.

Преимущество в костях органических веществ (у детей) придает им упругость и эластичность. Изменение соотношения в сторону неорганических веществ ведет к хрупкости костей (у пожилых) и к более частым переломам.

Что же происходит с косной системой детей дошкольного возраста. У детей до 3 лет рост костей продолжается, хотя и не так интенсивно, как на 1-м году жизни. Кости черепа к 3-летнему возрасту практически полностью срастаются, и после этого голова мало увеличивается в размерах, причем это увеличение идет глав-ным образом за счет возрастания толщины кости. Скорость роста позвоночника также снижается, однако в нем происходят важные качественные изменения, свя-занные с формированием изгибов. Очень важно в этот период обращать внимание на развитие свода стопы и профилактику плоскостопия.

После 3 лет интенсивность роста снижается, пропорции тела меняются, ребенок вытягивается. Продолжается окостенение многих элементов скелета, что может служить основой определения «костного» возраста по рентгенографическому ис-следованию.

В возрасте 5–7 лет наблюдается увеличение скорости роста, причем конечности растут быстрее, чем туловище («полуростовой» скачок). На этом основан «фи-липпинский» тест: ребенку дают задание поднять руку и дотянуться до уха на противоположной стороне головы. Если полуростовой скачок еще не прошел, ре-бенок до уха не дотягивается. Сильно меняются кости, составляющие каркас ли-

ца. Молочные зубы перестают соответствовать новым пропорциям и начинают меняться на постоянные («зубной» возраст).

В возрасте 3–7 лет важно следить за формированием правильной осанки и про-филактикой плоскостопия.

За счет чего происходит рост костей. У эмбриона и плода кости практически отсутствуют, вместо них в соответствующих местах расположен гиалуровый хрящ. Окостенение начинается еще до рождения, и идет в направлении от диафи-за к эпифизам. Зона роста кости образуется вокруг эпифизальной пластины.

Эпифизальные пластины позволяют расти длинным костям в детском возрасте, поскольку:

– В них постоянно формируется новый хрящ,

– Более старые участки хряща окостеневают: хрящ разрушается,

и его место занимает костная ткань.

Помимо опорной функции, кости являются депо кальция, фосфора и некото-рых элементов, входящих в набор минеральных элементов кости. Соответственно, костная ткань активно участвует в обменных процессах растущего организма.

На концентрацию Ca2+ и фосфатов в костной ткани оказывают влияние процес-сы формирование и разрушение костной ткани, абсорбция Ca2+ и РO43- в кишеч-нике, а также выведение этих ионов с мочой.

Клетки костной ткани, называемые остеобласты, постоянно производят органи-ческий матрикс белков коллагена и накапливают кристаллы гидроксиапатитов. Клетки, называемые остеокласты, наоборот, выделяют ферменты, растворяющие гидроксиапатиты. Формирование и рассасывание костной ткани происходит по-стоянно, на протяжении всей жизни, со скоростью, определяемой остеобластами и остеокластами. Как же регулируется данный процесс.

А регуляция идет на уровне гормональной активности, на уровне работы эндо-кринной системы. Во-первых, есть гормон роста, соматотропин, наличие и нор-мальное количество которого необходимо для нормального роста ребенка Гормон роста (соматотропин) нормально синтезируется только в ацидофильных клетках (соматотрофы) передней доли гипофиза.

На секрецию соматотропина влияют физическая нагрузка, гипо-гликемия, ами-нокислоты (например, аргинин), бета-адреноблокаторы, половые гормоны, лекар-ственные средства (например, l-дофа, клонидин).

При голодании и недостаточном питании секреция соматотропина увеличивает-ся. В сочетании с другими гормонами (кортизол, адреналин и глюкагон) сомато-пропин адаптирует организм к этим ситуациям, мобилизуя в качестве источника энергии свободные жирные кислоты из жировых запасов.

Карликовость и низкорослость развиваются при патологии гипотала-муса (вследствие дефицита соматолиберина) и гипофиза. Избыток соматотропина обычно наблюдается при соматотропин-секретирующих аденомах передней доли гипофиза. При этом у детей (до завершения остеогенеза) развивается гипофизар-ный гигантизм. По завершении окостенения точек роста развивается акромегалия.

Кроме того, в регуляции обмена кальция и фосфора, составляющих минераль-ную основу костной ткани, участвуют гормоны щитовидной и паращитовидной желез и витамин Д. Уровень кальция в крови является одной из важнейших констант организма, поскольку этот ион играет ведущую роль в работе мышеч-

ных клеток, т. е. в обеспечении функции движения. Без кальция невозможно вза-имодействие сократительных элементов, невозможно движение, работа сердца, дыхание, моторика внутренних органов.

Важный гормон, участвующий в регуляции обмена кальция – кальцитонин. Вы-рабатывается клетками щитовидной железы. Этот гормон взаимодействует с па-ратгормоном и витамином Д в регуляции уровня [Ca2+] в крови. Синтез гормона стимулируется повышенным содержанием в плазме крови [Ca2+], соответственно, его задача – снижение концентрации кальция в крови… Наоборот, синтез гормона тормозится в результате работы остеобластов. Стимулирует выведение с мочой Ca2+ и РO43- путем снижения реабсорбции. Показано, что кальцитонин активно работает в растущем организме. Его физиологическая роль во взрослом организме до сих пор не ясна.

Противоположными функциями обладает гормон паращитовидной железы – па-ратгормон. Это самый важный гормон в контроле уровня [Ca2+] в крови. Выра-ботку гормона стимулирует снижение содержания [Ca2+] в крови. Функциональ-ная роль паратгормона заключается в повышении уровня кальция в крови за счет выведения его из костной ткани, повышения реабсорбции из первичной мочи. Кроме того, паратгормон способствует формированию 1,25 витамина D3.

Витамин Д может поступать в организм с пищей, или синтезируется внутри ор-ганизма из холестерола. Данный процесс идет в коже под воздействием солнеч-ных лучей среднего ультрафиолетового диапазона. Функциональная роль витами-на Д определяется его участием в процессах регуляции абсорбции Ca2+ и РO43- в кишечнике. Когда поступление Ca2+ в организм недостаточно, витамин стимули-рует реабсорбцию из кости в качестве внутреннего источника этого элемента. Стимулирует реабсорбцию Ca2+ и РO43-в почках. Одновременное повышение со-держания в организме Ca2+ и РO43- приводит к повышению скорости образования кристаллов гидроксиапатита. Данный процесс стимулируется паратгормоном.

Недостаток витамина Д отражается на состоянии костной системы ребенка, это всем хорошо известно. Меньше известно о недостатке витамина Д у взрослых людей, это остеомаляция, т. е. деформации костей, особенно в лицевой части че-репа, часто сопровождаемые потерей зубов. Такие симптомы бывают у беремен-ных женщин. И совсем не говорят о потенциальной опасности избытка витамина Д – ускоренное окостенение, кальцификация других органов. Как следствие – снижение ростовых показателей, нарушение функции кроветворения (снижение содержания костного мозга как источника гемопоэза), нарушение функции почек.

Вторая система организма, участвующая в обеспечении функции движения – мышечная система. Точнее, поперечно-полосатая, она же скелетная мускулату-ра.

Источник:

Н.Б.Панкова Лекции по возрастной физиологии и психофизиологии: учебное пособие