Нейрогормональная регуляция процессов развития организма

В прогрессивной стадии онтогенеза в качестве основной закономер­ности выступает рост размеров всех органов и тканей и всего организма. Производительность органов и физиологических систем организма зависит главным образом от их размеров, увеличение которых сопровождается про­цессами дифференцировки, качественного совершенствования. Рост размеров тела предопределяется процессами роста и оссификации скелета. Эти процес­сы генетически запрограммированы. Реализация генетически заданной про­граммы осуществляется системой саморегуляции, эфферентный аппарат ко­торой составляют железы внутренней секреции.

Таблица 1

Возрастная периодизация постнатального онтогенеза

№	ПЕРИОД	ВОЗРАСТ
	Новорожденность	Первые 10 дней жизни
	Младенчество (грудной возраст)	От 11 -го дня до одного года
	Раннее детство	От 1 года до 3 лет
	Первое детство	От 3 до 6 лет - девочки, до 7 лет - мальчики
	Второе детство (препу-бертат)	От 6 до 10 лет - девочки, от 7 до 12 - маль­чики
	Подростковый возраст (пубертат)	От 10 до 13 лет - девочки, от 12 до 15 — мальчики
	Юность(постпубертат)	От 13 до 16-17 лет-девушки, от 15 до 18-19 лет — юноши
	Зрелый возраст: 1 -и период (молодость) 2-й период (средний возраст)	От 17 до 35 лет - женщины, от 19 до 35 лет - мужчины От 35 до 55 лет женщины и до 60 лет - муж­чины
	Пожилой возраст	От 55 до 75 лет - женщины, от 60 до 75 лет -мужчины
	Старость	От 75 до 90 лет
	Долгожительство	Старше 90 лет

 

В детские годы рост размеров тела человека и его отдельных органов и их функциональное совершенствование регулируются в основном соматотропным гормоном (СТГ), вырабатываемым в передней доле гипофиза. СТГ воздействует на все основные органы и ткани, усиливая в них интенсивность синтеза белков и других веществ, используемых для построения клеточных структур. Главное значение для роста размеров тела имеет воздействие СТГ на метаэпифизарную хрящевую пластинку, обеспечивающую рост кости в длину. Это воздействие опосредуется образованием инсулиноподобных фак­торов роста в печени и в самих хрящевых пластинках, которое стимулируется СТГ.

СТГ участвует в стимуляции роста размеров тела на протяжении всей прогрессивной стадии онтогенеза. Его активность наиболее велика в возрасте от 2 до 8-10 лет у девочек и до 10-12 лет - у мальчиков.

Тироксин и другие гормоны щитовидной железы, поддерживая вы­сокий уровень энергетического обмена и обмена белков в головном мозге, оказывают существенное влияние на рост размеров тела и развитие функций ЦНС. Это проявляется в первые два года жизни.

В пубертатном и постпубертатном периодах ведущая роль в регуля­ции роста и развития переходит к половым гормонам, обладающим не только андрогенными, но и анаболическими свойствами. К таким гормонам относят­ся андрогены (мужские половые гормоны), главный из которых - тестостерон. Тестостерон усиливает процессы возбуждения в ЦНС и синтез белков в организме, главным образом в костях, скелетных мышцах, миокарде, легких и кроветворной ткани. Благодаря этому стимулируется рост костей и разме­ров тела и совершенствуются функции всего организма.

Созревание, минерализация скелета регулируются рядом гормонов. Задержка ионов кальция и фосфора в организме и их использование в мине­рализации костной ткани, благодаря которой повышается ее прочность, под­держивается высокой концентрацией в крови андрогенов и эстрогенов, а так­же кальциотонином (гормон щитовидной железы), кальцитриолом (гормон, вырабатываемый в почках) и витамином D. Паратгормон (гормон околощи­товидной железы) стимулирует удаление из костей избытка кальция и других минеральных ионов.

Продукция СТГ и гонадотропных гормонов в гипофизе регулируется вырабатываемыми в соответствующих ядрах гипоталамуса нейрогормонами, а состояние этих ядер определяется содержанием в крови продуктов регули­руемых периферических процессов. На этом основывается система саморегу­ляции роста и биологического созревания растущего организма, в состав ко­торой входят два замкнутых цикла процессов.

Один из них представляется в следующем виде: 1) секреция в гипо­таламусе нейрогормонов соматолиберина и соматостатина; 2) стимуляция соматолиберином и задержка соматостатином выброса СТГ из гипофиза; 3) стимуляция соматотропным гормоном синтеза белковых веществ из ами­нокислот в тканях; 4) воздействие на гипоталамус содержания аминокислот в крови: стимуляция секреции соматолиберина при их избытке и секреция со­матостатина при их дефиците.

Система саморегуляции половых гормонов и созревания репродук­тивной функции имеет определенные возрастные особенности. Эту систему составляют следующие процессы: 1) продукция нейрогормонов гонадолиберинов в передних долях гипоталамуса; 2) активизация ими секреции гонадотропных гормонов в гипофизе; 3) стимуляция гонадотропными гормонами секреции половых гормонов; 4) воздействие половых гормонов на ядра гипо­таламуса. Возрастные изменения силы нервной системы по отношению к процессам возбуждения, а соответственно и порогов возбудимости нейронов гипоталамуса, генетически программируются. В детские годы сила нервных процессов невелика, поэтому даже небольших повышений уровня половых гормонов в крови достаточно, чтобы вызвать запредельное торможение ней­ронов ядер гипоталамуса и тем самым повышение секреции половых гормо­нов. С возрастом сила нервных процессов возрастает. К началу пубертатного периода порог возбудимости ядер гипоталамуса к воздействию половых гор­монов скачкообразно повышается, они растормаживаются, активизируются эфферентные звенья регуляции половых гормонов и процесса созревания ре­продуктивной функции, а также роста размеров тела.

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии в начале жизни отличается высокой интен­сивностью. Эта особенность объясняется прежде всего большим расходова­нием энергии и пластических материалов для обеспечения роста и развития организма. Кроме того, чем меньше ребенок, тем больше относительная по­верхность его тела, а поэтому выше и относительная величина основного об­мена. Незрелость физиологических систем организма, в частности системы терморегуляции, порождает низкую экономичность функций и является еще одной причиной повышенной интенсивности обменных процессов.

Обмен белков. Белки в организме человека расходуются на увели­чение белковой массы органов (синтез «роста»), на образование ферментов, гормонов, иммунных тел («функциональный» синтез), на восполнение раз­рушенных белков при травмах, болезнях, неполноценном питании («возбуж­денный» синтез) или вследствие естественного старения (синтез «самообнов­ления»).

Чем младше ребенок, тем выше у него интенсивность всех видов белкового синтеза, тем больше потребность в белках. Установлены следую­щие нормы содержания белков в суточном рационе: до 1 года - 5,0-5,5; 1-3 года - 4,0-4,5; 4-7 лет - 3,0-3,5; 8-12 лет - 3,0; 13-19 лет - 2,0-2,5; 20 лет и старше - 1,5-2,0 г на 1 кг веса тела. В связи с тем, что незаменимые (не обра­зующиеся в организме человека) аминокислоты в растительной пище практи­чески отсутствуют, рекомендуется 50% потребности в белках удовлетворять за счет продуктов животного происхождения.

При занятиях физическими упражнениями и спортом потребность в белках повышается на 30-50%. В тех случаях, когда целью физических тре­нировок является увеличение мышечной массы, содержание белков в пище­вом рационе увеличивается в 2-3 раза. Для предупреждения гнилостных про­цессов в кишечнике, нередко возникающих при высокобелковой диете, рекомендуется дополнять пищевой рацион растительной пищей с водонераство­римыми волокнистыми структурами (капуста, тыква, листовая зелень и т.п.).

Обмен жиров. Жиры и жироподобные вещества необходимы рас­тущему организму для образования клеточных мембран, а также для морфо­логического и функционального созревания нервной системы. Вследствие этого потребность в жирах у детей больше, чем у взрослых. Рекомендуются следующие нормы содержания жиров в пище: в 2-4 года - 3,5; в 10-11 лет -1,5; для взрослых — 1 г на 1 кг веса тела. Следует иметь в виду, что сущест­вуют незаменимые жирные кислоты, отсутствие которых в пище ухудшает трофические процессы в тканях, особенно в коже, снижает способность к утилизации холестерина и создает предрасположенность к атеросклерозу. Незаменимые жирные кислоты содержатся в растительных маслах и рыбьем жире. Они должны быть непременным компонентом пищевого рациона юно­го спортсмена. При избыточном потреблении жиров они депонируются в ор­ганизме. Ожирение снижает работоспособность и устойчивость к заболева­ниям.

Обмен углеводов. Потребность детей в углеводах более высокая, чем у взрослых. Это связано в первую очередь с низкой экономичностью функций незрелых физиологических систем организма, вследствие чего уве­личиваются удельные энерготраты. Кроме того, углеводы используются в ка­честве пластического материала при образовании соединительной ткани и клеточных оболочек. Возрастные нормы суточной потребности в углеводах: в 1-3 года - 13,0; в 8-13 лет - 10,0-11,0; в юношеском возрасте - 7,7 г на 1 кг веса тела.

У детей регуляция углеводного обмена менее совершенна, чем у взрослых. У них понижена способность к мобилизации углеводных резервов и к поддержанию достаточного содержания сахара в крови при продолжи­тельной мышечной работе. Эмоциональная насыщенность физических трени­ровок предотвращает нежелательное снижение уровня этого показателя.

Обмен воды и солей. В годы интенсивного роста и развития орга­низма вода участвует в созидании массы тела. Например, из суточной при­бавки веса в 25 г на долю воды приходится 18 г, жиров - 3 г, белков - 3 г и минеральных солей - 1 г. Чем младше ребенок, тем больше у него относи­тельная потребность в воде. Его организм больше насыщен водой, чем у взрослого, он более гидролабилен, то есть способен как быстро терять, так и депонировать воду.

С возрастом меняется потребность в минеральных солях. В периоды интенсивного роста требуется большее количество кальция и фосфора, иду­щих на построение костной ткани.

Обмен энергии. В связи с возрастными преобразованиями обмена веществ изменяется интенсивность энергетических процессов. Важнейшим показателем уровня энергетического обмена является относительная величи­на основного обмена, рассчитанная на 1 м² поверхности тела или на 1 кг его Этот показатель растет в первые 1-3 года. В последующие годы он быстро снижается, в пубертатном периоде стабилизируется, а в юношеском возрасте вновь снижается, но более медленно. Более высокая интенсивность основного обмена связана с расходами энергии на процессы роста и развития, а также с меньшей эффективностью еще незрелых систем поддержания жизнедеятельности (кровообращение, внешнее дыхание и т.п.).

Растущий организм отличается более высокими удельными энерго­тратами на выполнение физической работы. Например, на 1 кгм работы на велоэргометре расход кислорода в 1 мин составляет в 8-9 лет - 7,6 мл, а у взрослых - 5,4 мл. При этом, чем моложе ребенок, тем больше у него степень функционального напряжения отдельных физиологических систем. Напри­мер, наращивание мощности работы на велоэргометре на 100 кгм/мин вызы­вает у мальчиков прирост ЧСС в 11-12 лет - на 13 уд/мин, а в 16 лет - на 8,1 уд/мин.

Система крови

Общее количество крови у детей больше (в возрасте 1 года - на 11 %), чем у взрослых. Количество эритроцитов и гемоглобина, наоборот, са­мое низкое в начале жизни и на протяжении всех детских лет медленно на­растает. У мальчиков нарастание продолжается и в пубертатном периоде, а у девочек - прекращается. Вследствие этого формируется преимущество маль­чиков над девочками по содержанию эритроцитов и гемоглобина в крови и вместе с тем по общему количеству крови.

Небольшой лейкоцитоз, установившийся в период новорожденности, в детские годы постепенно убывает, а к 10 годам количество лейкоци­тов приходит к норме для взрослых.

В пубертатном периоде возникает критическая стадия в развитии системы иммунологической защиты, проявляющаяся в угнетении клеточного звена иммунитета и уменьшении массы лимфоидных органов. Временное ослабление иммунитета могут усугублять вредные привычки и стрессы.

У юных спортсменов по сравнению со взрослыми сильнее выражены и дольше продолжаются реакции системы крови на физические нагрузки: миогенный лейкоцитоз, миогенный эритроцитоз, повышение свертываемости крови.

По мере взросления в сыворотке крови увеличивается содержание альбуминов и уменьшается - глобулинов; замедляется свертываемость крови, нарастает активность ферментов плазмы (липазы, амилазы, холинэстеразы, карбоангидразы).

Кровообращение

В начале жизни у ребенка относительная величина сердца, как и минутный объем крови, в два раза больше, чем у взрослых. С увеличением возраста размеры и производительность сердца растут, а их относительные величины уменьшаются. В пубертатном периоде интенсивность этих возрас­тных изменений ускоряется. Увеличивается масса сердца, в основном за счет левого желудочка. Занятия циклическими видами спорта, особенно при спе­циализации в беге на длинные дистанции, способствуют большему увеличе­нию размеров сердца.

ЧСС на 1-м году жизни очень высокая (120-150 уд/мин), а затем, в связи со становлением и усилением тонуса парасимпатической нервной сис­темы, быстро снижается. Периоды более интенсивного урежения ЧСС: конец 1-го года, от 3 до 4 лет и от 6 до 8 лет. В пубертатном периоде отмечается за­висимость урежения ЧСС от скорости роста массы тела (МТ). К началу юно­шеского возраста ЧСС устанавливается на уровне зрелого возраста - 70-80 уд/мин.

Спортивная подготовка, особенно при ее направленности на разви­тие общей выносливости, усиливает возрастную тенденцию к брадикардии. Реакция ЧСС на одинаковые нагрузки у детей выражена сильнее, чем у взрослых. С увеличением возраста снижается также уровень максимальной ЧСС при напряженной работе (ЧССmах). Для определения этого показателя используется формула: ЧССmах = 220 - В (В - возраст, количество лет).

В растущем организме вместе с ростом размеров сердца увеличива­ются ударный объем — (УО): в 7 лет - 23 мл, в 10 - 37 мл, в 13-16 - 59 мл; в 20-25 лет - 60-80 мл и минутный объем кровообращения (МОК): в 8-9 лет -2,6 л, в 10-12 - 3,2 л, в 13-16 - 3,8 л; у взрослых - 4-5 л. Таким образом, к концу пубертатного периода показатели производительности сердца в со­стоянии покоя значительно приближаются к уровню зрелого возраста.

Прирост основного показателя производительности сердца МОК при мышечной деятельности происходит у детей дошкольного возраста в основ­ном за счет ЧСС. В препубертатном периоде при работе умеренной интен­сивности увеличивается не только ЧСС, но и УО. В последующие годы по мере взросления УО все больше вовлекается в реакцию на физическую на­грузку. Вследствие этого нарастает величина систолического АД при пре­дельных физических нагрузках.

Возрастные изменения АД в состоянии покоя относительно невели­ки. По усредненным данным, возрастная динамика АД систолического и АД диастолического представляется в следующем виде: до 1-го года - 85-100 и 36-45 ммрт.ст.; в 2 года-85-105 и 40-50; 3-7 лет-86-110 и 55-68; 8-16 лет -93-117 и 59-75; 17-20 лет- 110-120 и 70-80 мм рт. ст. При отсутствии болезни сердечно-сосудистой системы, установившейся к началу зрелого возраста, уровень АД сохраняется до старческого возраста.

Внешнее дыхание

С ростом и развитием организма увеличивается общая емкость лег­ких и изменяются все показатели внешнего дыхания: частота, глубина, минутный объем дыхания, жизненная емкость легких. В таблице 2 приведена динамика показателей внешнего дыхания от первого месяца жизни до 17 лет.

Таблица 2

Динамика показателей внешнего дыхания у детей от 1-го месяца жизни до 17 лет

Возраст	Показатели
Частота дыхания (цикл/мин)	Глубина дыхания (мл)	Минутный объем ды­хания (мл)	Жизненная емкость легких (см3)
мальчики	девочки
1-й месяц жизни				-	-
12-й ме­сяц				-	-
1,5 года				-	-
2 года				-	-
3 года				-	-
4 года
5 лет
6 лет
7 лет
8 лет
9 лет
10 лет
11 лет
12 лет
13 лет
14 лет
15 лет
16 лет
17 лет

 

Особенно интенсивный рост легких отмечается между 12 и 16 года­ми. Вес обоих легких у ребенка равен 395 г, а у взрослых - почти 1000 г. С ростом и развитием ребенка увеличивается ЖЕЛ, причем с 6-летнего возраста мальчики начинают опережать девочек и к 17 годам различия составляют бо­лее литра. Частота дыхания на первом месяце жизни составляет 48 циклов в минуту и постепенно уменьшается, достигая показателя взрослых в 13-14 лет. Глубина и минутный объем дыхания (МОД) увеличиваются. Абсолютные величины МОД до 8 лет у мальчиков и девочек равны, а с 8 лет и старше у мальчиков становится больше на 6-8%, преимущественно за счет глубины дыхания. Это связано в основном с наступающей препубертатиой дифферен­циацией типов дыхания - преимущественно брюшного типа дыхания у маль­чиков и грудного типа - у девочек. Несмотря на абсолютно меньший МОД, относительная его величина у детей выше, чем у взрослых. Так, у 14-летних подростков на 1 кг массы тела МОД составляет 125 мл, а у взрослых - лишь 80. Дыхание у детей менее экономно. Так, процент использования кислорода у детей с 2 до 8 лет постепенно повышается с 3,0 до 3,6% и только к 17 годам приходит к соответствию показателя взрослых (4,3-4,5%). У ребенка 1 л ки­слорода извлекается из 25-30 л МОД, у подростка - из 32-34 л, у взрослого - из 24-25 л. За один дыхательный цикл подросток потребляет 14 мл кисло­рода, а взрослый - 21. Таким образом, дети потребляют относительно больше кислорода за счет напряженной деятельности дыхательного аппарата.

Занятия спортом способствуют увеличению ЖЕЛ. Наибольшей ЖЕЛ обладают юные пловцы, гребцы, у которых она превышает 5 и более литров. У юных спортсменов имеется лучшее соотношение легочных объемов: сни­жается доля остаточного объема в функциональной остаточной емкости, уве­личивается запас кислорода в альвеолах легких. Дыхательную функцию ха­рактеризует также максимальная вентиляция легких (МВЛ), которая увели­чивается с возрастом. При этом повышается резерв дыхания, то есть разница между МОД и МВЛ.

По мере развития организма повышается адаптация к недостатку ки­слорода. Дети и подростки менее, чем взрослые, способны задерживать ды­хание и работать в условиях недостатка кислорода, при этом у них быстрее, чем у взрослых, снижается насыщение крови кислородом. Так, время задерж­ки дыхания на вдохе и выдохе (проба Штанге и Генчи) у дошкольников со­ставляет соответственно 15-20 с и 6-8 с. У младших школьников показатели гипоксической устойчивости увеличиваются до 30-40 с и 15-20 с на вдохе и выдохе, у спортсменов эти показатели быстро становятся выше.

Реакция дыхательной системы на стандартную двигательную деятель­ность у детей более высокая, чем у взрослых. Под влиянием спортивной тре­нировки наблюдается снижение легочной вентиляции и потребления кисло­рода на стандартную нагрузку. Дети характеризуются меньшими возможно­стями усиления внешнего дыхания и потребления Oz при работе. Например, у детей 8-9 лет МОД при напряженной работе может увеличиваться по срав­нению с покоем в 10-12 раз (до 50-70 л/мин), а у взрослых - в 15-18 раз (до 100-120 л/мин), в то время как у спортсменов - еще больше - в 20-25 раз (до 180-220 л/мин). Легочная вентиляция у детей увеличивается преимуществен­но за счет учащения дыхания и в меньшей степени - увеличения его глубины.

Для детей характерна меньшая артериально-венозная разность по ки­слороду при мышечной работе. Так, на уровне МПК она составляет всего 8 об%, а у нетренированных взрослых - 14-15 об% (у спортсменов-до 18об%).

Таким образом, внешнее дыхание детей и подростков менее эффек­тивно и экономно, что требует использования различных дыхательных уп­ражнений на тренировочных занятиях.