ГЛАВА 2. ОБщие ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА

Организм человека находится в состоянии непрерывного процесса развития, или онтогенеза.Впервые термин онтогенез был введен Э. Геккелем (1866) для обозначения эмбрионального периода развития организма. В настоящее время онтогенез рассматривается как единый процесс развития, начинающийся с оплодотворения яйцеклетки и заканчивающийся естественной смертью.

Каждый возрастной период характеризуется определенным состоянием всех структурных уровней организма: клеточного, тканевого, органного, системного. Процесс онтогенеза человека можно разделить на четыре основных периода: внутриутробное развитие, детство, взрослое состояние, старость. Внутриутробный период делят на эмбриональный (от 0 до 3 мес.) и плодный (от 3 до 9 мес.). В процессе онтогенеза организм повторяет историю филогенетического развития. Так, у эмбриона человека обнаруживаются жаберные щели, а сердце проходит стадию двухкамерного органа, как у рыб, затем трехкамерного, как у земноводных, и лишь потом становится четырехкамерным.

Индивидуальное развитие проходит в соответствии с генетически обусловленной последовательностью, которая реализуется при взаимодействии организма с условиями среды. Переход от одного этапа развития к другому совершается в короткие отрезки времени, которые рассматриваются как переломные, или критические, периоды онтогенеза. В их определении ведущее значение имеет скорость (время) развития физиологической функции. Другим важным признаком преобразовательных процессов является возникновение высокой чувствительности к определенным условиям среды — сенситивный период. Это связано с тем, что при быстром развитии функций ей необходим приток адекватной сенсорной информации. Отсутствие или дефицит ее может привести к процессу нарушения функции.

Согласно теории системогенезаП. К. Анохина в основе индивидуального развития организма лежит несколько принципов: принцип гетерохронии, или неодновременного созревания не только органов, но и различных элементов одного и того же органа. Наиболее детально по показателям гетерохронии изучены структуры центральной нервной системы. Так, показано, что первыми в эмбриогенезе созревают нервные клетки стволовой части мозга, обеспечивающие формирование самостоятельной функциональной системы питания и дыхания плода. Особенно подробно исследована гетерохрония в функциональной системе питания новорожденного. Так, первыми созревают мышцы лица, обеспечивающие акт сосания, и соответствующие им участки ядер черепно-мозговых нервов. Или другой пример: гетерохрония созревания нервно-мышечного аппарата новорожденного, обеспечивающая реакцию хватания. В отношении функциональной системы дыхания показано гетерохронное созревание дыхательных структур продолговатого мозга и вышележащих отделов и последовательное становление ритмического дыхания.

В развитии каждой функциональной системы можно выделить внутрисистемную гетерохронию, то есть неодновременное созревание всех ее элементов. Так, в функциональной системе дыхания, «готовой» в основе к моменту рождения, в постнатальный период дозревают центральные и периферические механизмы, которые обеспечивают более регулярное дыхание и его тонкое приспособление к изменениям внешней среды.

Гетерохронное развитие можно проследить на примере созревания функциональной системы питания и хватательной реакции новорожденных. К моменту рождения нервные клетки спинного, продолговатого и среднего мозга, а также мышцы, связанные с сосанием и хватанием, созревают раньше и синхронно, несмотря на топографическую отдаленность друг от друга.

Онтогенетическая гетерохрония закладки и развития отдельных элементов одной системы или различных функциональных систем есть результат филогенетической гетерохронии. Под влиянием естественного отбора эволюционно более молодая функция, лучше обеспечивающая приспособленность организма к условиям среды и его выживаемость от поколения к поколению, начинает развиваться быстрее. Общая закономерность гетерохронии развития, как в онтогенезе, так и в филогенезе заключается в том, что в более короткие сроки созревают функциональные системы наиболее значимые для выживания организма на данной стадии его развития.

Для понимания онтогенетического развития существует ряд аналитических концепций, в частности А. А. Волоховым (1968) предложена концепция перехода локальных реакций плода человека в более общие в процессе онтогенеза. Примером служат ранние локальные сокращения мышц плода, до того как они начнут поддерживать позу и обеспечивать движения. Такие сокращения улучшают кровообращение, способствуют поступлению кислорода в ткани и удалению продуктов метаболизма и в то же время стимулируют развитие мышечного аппарата.

В основу возрастной концепции И. А. Аршавского (1982) положено представление об общем энергетическом балансе организма и его состоянии, равновесном со средой. Основная функция организма — накопить и удержать энергию, противостоять «утечке» энергетических ресурсов организма при мышечной активности. Это явление имеет место не только в период раннего онтогенеза, но и при старении. Чем совершеннее энергетический баланс, тем лучше уравновешены анаболические и катаболические процессы, тем меньше организм подвергается избыточному катаболизму (и как его результат — подкислению) и тем длительнее его существование.

Большой вклад в понимание индивидуального развития внесла концепция функционирования биологических систем, выдвинутая А. А. Маркосяном (1969). Она базируется на таких свойствах живой системы, как избыточность ее элементов, их дублирование и взаимозаменяемость, быстрота возврата к относительному постоянству и динамичность отдельных звеньев самой системы. Так, например, в период внутриутробного развития в яичниках закладывается от 4000 до 200 000 первичных фолликулов, а за весь репродуктивный период у женщины созревает всего 500—600 фолликулов. Другой пример избыточной функции: частота сердечных сокращений при крике ребенка равна 200 ударам в минуту, что соответствует работе сердца взрослого спортсмена при максимальных мышечных нагрузках.

Исследования, проведенные Д. А. Фарбер, показали, что в ходе онтогенеза надежность биологических систем проходит определенные этапы становления и формирования. Если на ранних этапах постнатальной жизни она обеспечивается жестким, генетически детерминированным взаимодействием отдельных элементов функциональной системы, обеспечивающим осуществление элементарных реакций на внешние стимулы и необходимых жизненно важных функций (например, сосание), то в ходе развития все большее значение приобретают пластичные связи, создающие условия для динамичной избирательной организации компонентов системы.

На примере формирования системы восприятия информации установлена общая закономерность обеспечения надежности адаптивного функционирования системы. Выделены три функционально различных этапа ее организации:

1-й этап (период новорожденности) — функционирование наиболее рано созревающего блока системы, обеспечивающего возможность реагирования по принципу «стимул — реакция»;

2-й этап (первые годы жизни) — генерализованное однотипное вовлечение элементов более высокого уровня системы обеспечивается дублированием ее элементов;

3-й этап (наблюдается с преддошкольного возраста) — иерархически организованная многоуровневая система регулирования обеспечивает возможность специализированного вовлечения элементов разного уровня в обработку информации и организацию деятельности.

В ходе онтогенеза по мере совершенствования центральных механизмов регуляции и контроля возрастает пластичность динамического взаимодействия элементов системы; избирательные функциональные констиляции формируются в соответствии с конкретной ситуацией и поставленной задачей (Д. А. Фарбер, Н. В. Ду­бровинская). Это обуславливает совершенствование адаптивных реакций развивающегося организма в процессе усложнения его взаимодействия с внешней средой и приспособительный характер функционирования на каждом этапе онтогенеза.

Рост и развитие детского организма.Формирование организма человека продолжается и после рождения (постнатальный период) и заканчивается к 22—25 годам. В периоды роста и развития организма увеличиваются масса и поверхность тела, что обусловлено развитием тканей, органов и отдельных частей тела.

Рост и развитие организма включают процессы, в течение которых из оплодотворенной яйцеклетки развивается взрослый индивидуум. Рост — это количественные преобразования, которые проявляются в увеличении размеров тела и его частей. Развитие— это качественные преобразования, протекающие в организме за счет дифференцировочных процессов, которые приводят соответственно к качественным и количественным изменениям функций развивающегося организма.

Рост и развитие — это не просто увеличение массы тела, но и становление различных функций организма. В это время значительная часть физиологических показателей приближается к уровню, характерному для взрослого человека. Так, например, повышается активность пищеварительных ферментов, совершенствуются органы чувств и нервная система, развиваются защитные механизмы против инфекции.

Процессы роста и развития взаимосвязаны, но тем не менее находятся в диалектических противоречивых отношениях, так как ростовые процессы осуществляются за счет увеличения числа клеток, что должно подавлять клеточную дифференцировку, определяющую усложнение структурной и функциональной организации растущего организма. На протяжении одного возрастного периода одни ткани интенсивно растут, другие в это же время проходят этап дифференцировок.

В большинстве тканей в функциональный период онтогенеза процессы роста и дифференцировок разделены временем, что приводит к появлению периодичности. Каждый период состоит из фазы дифференцировок с торможением роста и последующей фазы активации и расширения функциональных возможностей на базе сформированного нового качественного состояния клеток. Дифференцировки могут синхронизироваться в тканях, связанных едиными функциональными задачами и входящих в состав функциональной системы. Каждый этап развития направлен на достижение промежуточной цели, без которой не может быть реализован следующий этап, поэтому нарушения и отклонения в динамике развития, препятствующие достижению таких промежуточных целей, могут быть причиной самых тяжелых болезней развития.

Рост и развитие детского организма с момента рождения и до наступления зрелости протекает гетерохронно, то есть неравномерно. Данная закономерность, изученная П. К. Анохиным, в период эмбрио­нального развития прослеживается и в постнатальном периоде. Периоды устойчивого роста чередуются с его замедлением. Быстрее растут и развиваются те органы или системы органов, которые необходимыдлясуществования организма на данном этапе развития. Так, у новорожденного к моменту рождения сформирована система питания жидкой пищей (молоком). В то же время развитие функциональных систем, в которых на данный момент жизни нет необходимости, задерживается, примером является развитие функциональной системы питания твердой пищей.

В целом принцип гетерохронии свойственен всему онтогенезу, и данную закономерность можно проиллюстрировать на изменении длины тела детей и подростков. Наиболее интенсивны рост и развитие человека в первый год жизни. Средняя длина тела новорожденных девочек составляет 52,2 см, мальчиков 52,6 см; за первый год жизни она увеличивается на 25 см. На втором году она возрастает на 10—15 см, на третьем году жизни — на 8 см. Затем до 6 лет ежегодная прибавка длины тела составляет 4—5 см. Максимальная скорость роста достигается в пубертатном периоде: длина тела может увеличиваться на 7—10 см. До 10 лет мальчики опережают в росте девочек. С 11—12 лет наступает «первый ростовой перекрест»: в связи с более ранним пубертатным ускорением девочки становятся выше мальчиков. Позднее, когда мальчики вступают в пубертатную фазу ускорения ростовых процессов (как правило, на два года позже девочек), наступает «второй ростовой перекрест», тогда мальчики снова становятся выше девочек. В среднем для русских детей, проживающих в городах, перекресты кривых роста приходятся на 10 лет 4 мес. и 13 лет 10 мес. соответственно (Никитюк, Чтецов, 1990). Межгрупповые различия обычно не превышают 6 мес.

Увеличение длины тела в 6—7-летнем возрасте на 7—10 см получило название полуростового(или первого ростового) скачка. В период полового созревания (11—14 лет) происходит ростовой(второй ростовой), или пубертатный,скачок. Длина тела при этом возрастает сразу в течение первого года на 11—12 см, а в последний год на 6—7 см. На рис. 4 представлен график изменения темпов роста с возрастом, на котором хорошо видно резкое увеличение скорости роста в период от 12 до 16 лет (пубертатный скачок роста), а также замедление снижения скорости роста от 6 до 8 лет (полуростовой скачок).

Рис. 4. Изменение темпов роста с возрастом