Рубрика: Физиология малыша

Позднее, в процессе онтогенеза, наблюдается в основном снижение интенсивности основного обмена. Имеются данные, связывающие эти изменения у экспериментальных животных со снижением интенсивности тканевого метаболизма. Однако, очевидно, что наряду со снижением интенсивности тканевого обмена должно играть определенную роль и возрастное увеличение относительной массы тканей, имеющих небольшую интенсивность метаболизма (костная ткань, жировая ткань и др.). M.Conrad, A. Miller рассчитали, что у экспериментальных животных только 50% обмена снижается за счет роста малометаболизирующих тканей, остальные 50% связаны со снижением интенсивности тканевого дыхания.

В качестве субстратов для энергетического обмена используются поступающие в организм пищевые вещества, в основном углеводы и жиры. При учете их потребности для ребенка не следует путать затраты на энергетический обмен с использованием пищевых веществ в качестве исходного материала для пластического обмена.

Увеличение интенсивности основного обмена многие авторы связывают с уменьшением объема межклеточного пространства в большинстве тканей. При этом к возрасту около года объем активной клеточной массы возрастает более интенсивно, чем масса тела, а объем межклеточного пространства, наоборот, уменьшается. У новорожденных доношенных детей в первые дни после рождения объем внеклеточной жидкости очень велик — 44—50% от массы тела. Большой объем внеклеточного пространства с большим расстоянием между клетками характерен для быстрорастущих малодифференцированных тканей.

Однако к годовалому возрасту экстра-целлюлярный объем снижается до 25% и становится близким к таковому взрослого организма. Соответственно возрастает и относительная величина активной клеточной массы. По расчету К. Bruck, если у новорожденных детей интенсивность потребления кислорода в покое на единицу массы тела составляет 5,0 мл 02/кг • мин, а у детей годовалого возраста — 8,2 мл 02/кг • мин, то при пересчете на единицу активной клеточной массы получается, что новорожденный потребляет 9,0 мл 02/кг-мин, а годовалый — 10,9 мл 0а/кг мин. Это показывает, что интенсивность обмена на единицу активной клеточной массы практически не изменяется. Все дело состоит в уменьшении межклеточного пространства и увеличении контактов между клетками. Известно, что при этом снижается митотическая активность и усиливаются процессы клеточной дифференцировки.

Обычно увеличение интенсивности основного обмена растущего организма связывают с увеличением метаболических трат на рост. Действительно, рост связан с увеличением синтеза крупных, термодинамически малоустойчивых молекул, для построения которых необходимы затраты энергии. Однако обращает на себя внимание несоответствие темпов роста ребенка и возрастных изменений интенсивности основного обмена. Известно, что наиболее интенсивно ребенок растет в первые 6 мес жизни после рождения. Константа скорости роста составляет в это время 4,0.

К годовалому возрасту скорость роста резко, более чем на порядок, снижается— до 0,3. В то же время, как говорилось выше, интенсивность основного обмена именно в годовалом возрасте самая высокая. На этом основании можно полагать, что пластические процессы при тех относительно малых скоростях роста, которые характерны для ребенка этого возраста, не дают ощутимого вклада в энергетический обмен. Действительно, если исходить из экспериментальных данных, в зародышах, развивающихся в яйце, и в куколках насекомых на построение одного грамма сухого вещества затрачивается довольно стандартное количество энергии — 3,5 ккал. Полагая, что механизмы синтеза у животных построены на одном принципе, можно подсчитать, что даже в первые 3 мес жизни, когда скорость роста ребенка максимальна, траты на рост составляют 20 ккал/сут (или около 4 ккал/кг • сут), т. е. 7—8% от общей величины основного обмена.

Проведенные на основании таблиц Аткинсона теоретические расчеты дают еще меньшие цифры: трехмесячный ребенок использует для синтетических процессов, связанных с ростом, не более 2,5% от общей величины основного обмена. Сходные результаты дали и непосредственные измерения энергозатрат, связанных с дополнительным синтезом при восстановлении веса детей. Тем более низки (менее 1%) затраты энергии на пластические процессы у детей старше года, когда скорости роста замедляются в 12 раз.

Как известно, с возрастом детей увеличивается масса и сократительная способность мышц. От этих качеств и растяжимости легких зависит определяемый при тестировании показатель — максимальная вентиляция легких (МВЛ в л/мин), отражающий резервные возможности легочной вентиляции. Требующий активного участия испытуемого, данный показатель обычно измеряется у детей старше 3 лет. За период от 5 до 11 лет прирост МВЛ медленный и плавный (в среднем около 3 л/мин за год). От 11 до 12 лет у мальчиков МВЛ резко увеличивается (на 11 л/мин).

Важным показателем вентиляционной функции легких является равномерность распределения вдыхаемого воздуха и кровотока в легких, а также их соотношения. На отсутствие четкой возрастной зависимости динамики вентиляционно-перфузионного соотношения в онтогенезе указывает ряд авторов.

Примененный для изучения регионарных особенностей вентиляционно-перфузионного соотношения метод биполярной реографии позволил выявить ряд новых закономерностей. Базально-апикальный градиент вентиляции, характеризующий неравномерность распределения газа в верхних и нижних отделах легких, у детей 4—9 лет составляет 1,2— 1,3, и он ниже, чем у взрослых (1,3—1,4, по А. П. Зильберу). Преобладающее участие правого легкого в суммарной легочной вентиляции, выявленное ранее методом бронхоспирографии у взрослых, у детей не подтвердилось.

Наряду с этим отмечено большее кровенаполнение верхушки правого легкого по сравнению с левым, особенно у детей 4—5 лет. В нижних зонах и у детей 7—9 лет различия менее выражены, чем в верхних зонах. Характерной для всех зон легких является тенденция к увеличению с возрастом отношения вентиляция/кровоток, а также возрастное снижение эластичности сосудов легких, о чем можно судить по снижению реографического коэффициента. Рассмотренная динамика вентиляционных показателей согласуется с морфо-функциональными особенностями развития дыхательной системы и всего организма в целом. Интенсивный прирост динамических объемов легких (ОД, МОД, Уд) в указанные периоды связан с расправлением альвеолярных пространств в результате улучшения проходимости бронхиального дерева, ростом и развитием легочных структур, укреплением дыхательной мускулатуры. Несовпадение темпов развития отдельных показателей, тесное соответствие в темпах развития других свидетельствуют о том, что синхронность и гетерохронность характерны для развития вентиляционной функции легких в процессе онтогенеза детей.

Минутный объем дыхания (МОД в л/мин), как производное от ЧД и ОД, изменяющихся в обратных направлениях, увеличивается в онтогенезе ребенка. По сравнению с периодом новорожденности (0,98—1,28 л/мин) к концу 1-го мес он увеличивается в 2 раза (2,01—2,39 л/мин). Следующий заметный прирост МОД имеет место к исходу 1-го года (2,50—2,90 л/мин), затем в 6 лет (3,34—3,97 л/мин у мальчиков и 3,84—5,06 л/мин у девочек).

Зависимость вентиляционных показателей от антропометрических характеристик хорошо прослеживается путем сравнения соотношений динамических объемов и площади поверхности тела (МОД/5). Поверхность тела от периода новорожденности до 12 лет увеличивается с 0,21 м2 до 1,31 м2, т. е. в 6,5 раза, в то время как МОД — только в 4,6 раза. При этом периоды наибольших темпов прироста обоих показателей, как правило, совпадают: 1 год, 6 лет, 11 лет. Некоторая гетерохронность отмечается в их развитии на 1-м году жизни. Если МОД удваивается по сравнению с периодом новорожденности к концу 1-го мес, то поверхность тела — только к исходу 8-го мес. Гетерохронность в динамике МОД и 5 проявляется в отсутствии четкой возрастной зависимости, изменения их соотношения на 1-м году жизни и наличии такой зависимости во все последующие периоды развития. Соотношение МОД/5 у новорожденного и годовалого ребенка равно 5,32 и 5,31, у детей 6 и 11 лет — 3,90 и 3,31 соответственно.

Следующий очень важный показатель легочной вентиляции — минутный объем альвеолярной вентиляции (VA В л/мин), увеличиваясь с возрастом детей, в своем развитии испытывает влияние ряда факторов, но главными среди них являются возрастная динамика МОД и мертвого пространства дыхательных путей (анатомического и функционального — VD в мл). По данным ряда авторов [С. Д. Соок, 1959; G. Graham, 1960], объем мертвого пространства от рождения до подросткового периода увеличивается в 14 раз и составляет: у новорожденного — 6 мл, у годовалого ребенка — 22 мл, у 5-летнего — 40 мл, у 8-летнего — 58 мл, у 12-летнего — 85 мл. Как видно из приведенных данных, периоды прироста VD и МОД в основном совпадают. Объем альвеолярной вентиляции у новорожденного имеет наименьшую величину (0,35—0,41 л/мин); к исходу 1-го года он увеличивается в 2 раза (0,76—0,88 л/мин), в 4— 6 лет — в 4 раза (1,41—1,58 л/мин), а к 11—12 годам — в 9 раз (3,09—3,26 л/мин).

Исследования, проведенные с девочками 9—10 лет, показали, что возрастное изменение энергообеспечения мышечного сокращения у них значительно отличается от такового у мальчиков. У девочек аэробные механизмы развиты слабее, и у них уже в младшем школьном возрасте затраты кислорода на одну и ту же работу оказываются более низкими, что можно связать с большим участием гликолитических механизмов. Кстати, уже в этом возрасте мальчики по выносливости достоверно превосходят девочек. Существенный сдвиг ПАНО в сторону более низкой мощности выполняемой работы происходит у девочек в 11 лет.

Имеющиеся литературные и наши данные показывают, что у мальчиков новый этап развития мышечной энергетики связан с пубертатным скачком роста и значительным увеличением массы скелетных мышц. Узловой период перестройки на новый уровень функционирования приходится на возраст 12—13 лет. Об этом свидетельствует резкое увеличение абсолютного PWC170 и абсолютного и относительного ватт-пульса. В дальнейшем изменения идут более плавно.

Приведенные материалы показывают, что различные проявления энергетического обмена, сказывающиеся как на возрастной динамике изменения обмена покоя, так и в терморегуляции и мышечной деятельности, тесно между собой связаны. Усиление темпов роста, сопряженных с нарастанием массы скелетных мышц и других тканей, характеризующихся низкой метаболической активностью, приводит к снижению интенсивности обмена покоя, что отражается на состоянии механизмов терморегуляции. Перестройки физиологических функций сопряжены с периодами наиболее значительного изменения интенсивности энергетического обмена. Сопоставляя эти изменения, можно выделить возрастные этапы, когда такие проявления энергетического обмена, как обмен покоя, терморегуляторная теплопродукция и энергообеспечение мышечной деятельности, развиваются постепенно и узловые периоды характеризуются быстрыми перестройками и переходом на новый уровень функционирования. Наши данные позволяют выделить узловые периоды, приходящиеся у девочек на 6 и 10 лет, а у мальчиков на 7, 9 и 12 лет. Наиболее рельефно возрастные изменения сказываются у мальчиков в развитии энергообеспечения мышечной работы, а у девочек в развитии терморегуляторной функции.

Увеличение аэробных возможностей у детей 9—11 лет можно видеть также при анализе параметров, определяющих величину PWC170 (мощность выполняемой работы при пульсе 170). Наиболее отчетливо это видно при определении физической работоспособности по формуле, предложенной Л. И. Абросимовой и В. Е. Карасик. Применив эту формулу, кроме обычной величины, характеризующей абсолютное и относительное PWC170, можно рассчитать величину ватт-пульса — количество выполняемой внешней механической работы на одну систолу сердца. Эта величина зависит от увеличения при работе сердечного выброса и усвоения тканями кислорода. У детей в возрасте 9—11 лет достоверно увеличивается относительный ватт-пульс. Поскольку известно, что возрастные изменения на этом этапе развития связаны со снижением относительной (по отношению к массе тела) величины систолического выброса, можно полагать, что увеличение систолической работы в данном случае связано с увеличением потребления кислорода работающими мышцами, что в свою очередь определяется возможностями мышечных митохондрий.
Однако обычно учитываются средние значения аэробных возможностей, определяемых чаще всего по величине относительного МПК. Исследование МП К показывает, что у детей даже в 8—9-летнем возрасте может быть достигнута величина потребления кислорода порядка 70— 73 мл/мин • кг — такие величины среди взрослых были зарегистрированы только у спортсменов высшей квалификации. При этом становятся понятными появляющиеся в литературе сведения о высоком уровне выносливости младших школьников к физическим нагрузкам умеренной интенсивности (зона аэробного обеспечения), например к медленному бегу. Имеются данные, свидетельствующие о том, что дети хорошо справляются и с большими дистанциями, вплоть до марафонских. В исследованиях, проведенных Л. Г. Евсеевым [1977], было показано, что у учащихся 1 класса общеобразовательной школы путем проведения специальных упражнений на уроках физкультуры можно в течение учебного года достичь значительного — на 214% — увеличения выносливости в беге со скоростью 2,3—2,5 м/с. В конце учебного года во время контрольных испытаний 40% детей 8-летнего возраста пробежали 6000 м и более. Таким образом, можно считать, что исследуемый возрастной этап является чувствительным для воспитания у детей выносливости к умеренной физической нагрузке, при которой аэробные возможности организма играют значительную роль. Приведенные данные относились к исследованиям, проведенным с мальчиками.

Малая кислородная задолженность после работы уменьшает время восстановления, что также способствует повышению двигательной активности. Сигналом повышения концентрации молочной кислоты в крови является срабатывание буферной системы и выделение добавочного (неметаболического) С02 — Ехс С02. Появление в крови лактата или добавочной углекислоты в выдыхаемом воздухе служит сигналом того, что при данной мощности работы или скорости бега активизировались гликолитические механизмы, а мышечная работа достигла анаэробного порога (ПАНО). У взрослых это наступает, когда частота сокращений сердца достигает 130 уд/мин. Если верно выдвинутое выше предположение об особой организации энергетики у детей младшего школьного возраста, величина ПАНО у них должна значительно отличаться от таковой у взрослых. Мы проверили правильность этого предположения, исследуя величину ПАНО по мощности работы на велоэргометре, при которой, согласно данным В. Jssekutz, К. Rodahl [1961], начинается выделение неметаболического С02.

Работа, выполненная В. Д. Сонькиным, была проведена на детях 7—8, 9—11, 12—13 и 16—17 лет. У 7—8-летних детей ПАНО достигался при мощности выполняемой работы 14,7 кГм/мин • кг, а по частоте сокращений сердца — 155 ± 5,2 уд/мин. У 9—10-летних детей уровень мощности при ПАНО 15,2 кГм/мин • кг или при частоте пульса — 179± 3,2 уд/мин. У подростков уровень мощности при ПАНО уже несколько снизился, до 12,2 кГм/кг • мин, а частота пульса составила 161 ± 5,7 уд. мин. Обследование 16—17-летиих юношей-школьников, не занимавшихся специально спортом, показало, что у них уровень ПАНО понизился до 11,7 кГм/мин • кг, а частота сокращений сердца при этом — до 145 ± 7,0 уд/мин, т. е. приблизилась к величинам, характерным для взрослых людей, не имеющих спортивной подготовки. Таким образом, у младших школьников наблюдается более широкая зона аэробного энергообеспечения.

Развитие такого типа аэробной энергетики мышц продолжается до 11 лет. В 12 лет наступает новый переломный период, о наличии которого свидетельствуют данные морфологии. Опираясь на биохимическую технику исследования биопсийных материалов, В. Ericsson показал, что у мальчиков 12 лет по сравнению с 11-летними в четырехглавой мышце бедра заметно возрастает активность гликолитических ферментов.

Величина МПК характеризует аэробные возможности скелетных мышц и является результатом максимальной активации окислительных процессов в митохондриях. Удивляет очень высокий уровень энергетических возможностей скелетных мышц. В этом возрасте, по-видимому, особых ограничений со стороны сердечно-сосудистой и дыхательной систем нет, т. е. их возможности в 6—7-летнем возрасте достаточно высоки. Поданным А. Ф. Тура, кислородная емкость крови уже в этом возрасте не отличается от таковой у взрослых, а величина сердечного выброса, рассчитанная на 1 кг массы тела, даже больше, чем у взрослых. При расчете на 1 кг массы мышц потребление кислорода составит 151 мл/кг • мин, в то время как у взрослых — 138 мл/кг • мин. По-видимому, узловой период в возрасте 6 лет связан с усилением развития митохондриального аппарата скелетных мышц. Исследования показывают, что и в дальнейшем, в младшем школьном возрасте, энергообеспечение двигательной деятельности идет по пути увеличения возможностей аэробных механизмов. Исследование содержания цитохромов показывает, что если в 5— 7-летнем возрасте концентрация цитохрома а составляла 4,8 нМ/г мышечной массы, то в 9—11-летнем возрасте количество достигает максимума — 6,6 нМ/г. У взрослых людей в той же мышце (vartus lat. га. quadriceps femori) содержится цитохрома а только 3—4 нМ/г.

Эти факты объясняют странные на первый взгляд результаты измерения МПК у детей младшего школьного возраста. Действительно, если большинство авторов подтверждают, что в этом возрасте относительные величины МПК не изменяются или немного увеличиваются, то расчет МПК на единицу мышечной массы показывает, что в возрасте 9—11 лет в этом двигательном режиме мышцы могут потреблять 170— 180мл02/кг мышечной массы в мин. Соответствующее развитие митохондриального аппарата с мощно функционирующей цитохромоксидазой может объяснить столь значительные аэробные возможности.

В исследованиях было показано, что понижение температуры среды, активируя у детей первых месяцев жизни несократительный термогенез, не меняет уровень электрической активности мышц сгибателей. Можно полагать, что ортотоническая поза ребенка первых месяцев жизни есть результат собственных рефлексов мышц, которые тотчас активируются при попытках разогнуть конечность. Эти рефлексы определяют соотношение длин сгибателей и разгибателей и соответствующее положение конечностей.

Исследование содержания цитохрома а в мышцах новорожденных показало, что развитие митохондриального аппарата в этом возрасте самое минимальное (0,9 нМ/г сырой массы). Имея в виду, что относительная масса скелетных мышц также мала (не более 22%), можно легко подсчитать, что имеющиеся в мышцах митохондрии не смогут обеспечить высокий уровень обмена у детей первых месяцев жизни, в особенности при стимуляции термогенеза. Действительно, трудно ожидать высокого уровня развития энергетики от малодифференцированной мышечной ткани. Такой вид мышечная ткань имеет до конца первого года жизни, т. е. до периода, когда дети начинают осваивать сложный акт ходьбы в вертикальном положении.

Дальнейшее развитие энергообеспечения мышечного движения идет за счет увеличения аэробных возможностей. По данным морфологов, одним из существенных переломных периодов является возраст 6 лет. С этим периодом мы уже встречались при анализе возрастных изменений базального метаболизма и терморегуляции. Этот период характеризуется развитием регуляции сосудов. По-видимому, это касается не только кожных сосудов. Поданным В. Е. Карасик, именно в этом возрасте отчетливо выявляются региональные изменения кровоснабжения мышц. Это очень важный период становления гемодинамической системы, обеспечивающей удовлетворение увеличивающейся потребности в кислороде функционирующих групп мышц. Не удивительно, что с этого возраста отмечается высокий уровень максимального потребления кислорода (МПК), рассчитанного на единицу массы тела. По данным Р. О. Astrand, эта величина близка к 50 мл 02/кг, т. е. к уровню, наблюдаемому у более старших детей и у взрослых (нетренированных) мужчин.