Кинклуб

Рубрика: Физиология малыша

  • Главный источник энергии скелетных мышц

    Возникает вопрос, как меняется в онтогенезе мощность энергообеспечения двигательной активности скелетных мышц. Совершенно очевидно, что именно работа в той или иной зоне мощности связана с активностью определенного источника энергии. В работе А. П. Окунева были исследованы возрастные изменения границ мощности. Оказалось, что у взрослых спортсменов на границах зон мощностей видны характерные точки перегибов, но у мальчиков 10-летнего возраста (самый младший из исследованных возрастов) такие перегибы отсутствуют. Это говорит о том, что организация энергетики мышечного сокращения у детей, по-видимому, иная.

    Хорошо известно, что двигательные возможности новорожденных детей и детей первых месяцев жизни крайне ограниченны. В основном они сводятся к поддержанию определенной, так называемой ортотонической позы, характеризующейся согнутым положением верхних и нижних конечностей, приведенных к туловищу. Эта поза связана со специфической для первых двух месяцев жизни установкой нервных центров, отражением которой служит ряд рефлексов, характерных только для этого возраста (рефлекс Робинзона, рефлекс Кернига, рефлекс Моро и др.). Поддержание ребенком этой позы связывают с некоторыми особенностями физиологии раннего возраста. Так, И. А. Аршавский считает, что характерное положение конечностей является выражением сгибательного гипертонуса и поддерживается постоянным активным тоническим сокращением мышц. Энергия, затрачиваемая на это скелетными мышцами, и является тем источником, который обеспечивает высокий уровень основного обмена, являясь к тому же и источником термогенеза при воздействии пониженной температуры. В связи с этим И. А. Аршавский считает, что в раннем возрасте не может быть основного обмена. Приписывая мышцам роль главного источника энергии при активации химической терморегуляции, И. А. Аршавский, по существу, отрицает данные возрастной физиологии последних 15 лет, свидетельствующие о роли несократительного термогенеза на ранних этапах развития.




  • Величина динамического сопротивления

    Рост и развитие бронхиального дерева в онтогенезе сопровождается изменением проходимости дыхательных путей. О ней можно судить по величине динамического сопротивления, которое испытывает воздушный поток на пути из атмосферы в легкие и обратно. Улучшение проходимости дыхательных путей с возрастом детей сопровождается снижением динамического сопротивления. От 5 до 6 лет снижение R плавное, так как оно совпадает с периодом стабильного роста и развития бронхо-легочных структур, при котором диаметр и длина бронхиального дерева меняются почти параллельно. В период от 6 до 7 лет R снижается резко, что связано с преобладанием процесса увеличения диаметра трахеобронхиального дерева над процессом роста его длины. В последующие 5 лет в динамике бронхиального сопротивления не наблюдается резких изменений, так как в данный возрастной период процесс роста воздухоносных путей не намного преобладает над увеличением их диаметра.

    Продвижение воздушного потока по дыхательным путям легких осуществляется с большей скоростью, по мере того как улучшается проходимость дыхательных путей и развивается дыхательная мускулатура ребенка. Об этом можно судить по величине объемных скоростей спокойного и форсированного дыхания. Они изменяются с той же закономерностью, что и R, только в противоположном направлении.

    О возрастном развитии легочной ткани и изменении ее функционального состояния можно судить на основании измерения величины растяжимости (или обратной ее величины — эластичности) легких. Морфологическая перестройка легочной ткани, связанная с изменением соотношения коллагеновых и эластических волокон в онтогенезе, приводит к увеличению растяжимости легочной ткани. К концу периода первого детства она удваивается по сравнению с периодом до 1 года. Ее прирост в периоде второго детства относительно равномерный.

    Возрастное развитие функции мышц, осуществляющих дыхание, четко прослеживается в динамике следующего функционального показателя — работы дахания по преодолению сопротивления дыхательных путей и перемещению в акте дыхания органов средостения, по преодолению эластического сопротивления легких и грудной клетки. С возрастом абсолютные значения всех видов работы увеличиваются вследствие роста вентиляционных объемов легких. Критические периоды развития для W — 1—4 года, 8—12 лет.




  • Добавление новых легочных структур

    Добавление новых легочных структур ведет к росту динамического сопротивления, а увеличение диаметра существующих структур, наоборот, — к его снижению. Как будет показано ниже, расширение воздухоносных путей в отдельные периоды преобладает над их удлинением, поэтому с возрастом детей бронхиальное сопротивление снижается. Наиболее заметно оно снижается за период от рождения до 1 года (с 35,7—50,0 и до 25,3—28,2 см Н20/л/с), в 6—7 лет (с 9,4—9,8 до 6,2—6,5 см Н20/л/с). За период от 1 года до 6 лет и от 8 до 12 лет снижение R происходит плавно. В 11—12 лет оно уже составляет 5,8—6,0 см Н20/л/с.

    Рассмотренная динамика объемных скоростей дыхания, силы максимального выдоха и динамического сопротивления свидетельствует об улучшении бронхиальной проходимости с возрастом детей. У детей до 1 года ее корреляция с массой и длиной тела несущественная, после 1 года она прогрессивно увеличивается.
    Динамическая растяжимость легких (С в л/см Н20) минимальная у детей 1 года жизни (0,027—0,032 л/см H2Q). Следующие 5 лет она непрерывно увеличивается, наиболее интенсивно в 5—6 и 6—7 лет; к 8 годам она удваивается (0,058—0,075 л/см Н20), затем плавно растет до 11—12 лет (0,083—0,094 л/см Н20), после чего снова имеет место резкий скачок увеличения.

    Эластичность легочной ткани и грудной клетки (Е в см Н20/л), будучи обратной величиной растяжимости, повторяет динамику развития последней, однако эластичность уменьшается с возрастом детей.

    Поскольку с возрастом растяжимость легких и грудной клетки детей повышается, логично ожидать снижения эластического компонента работы дыхания, так как для растяжения легких на вдохе требуется меньшее усилие мышц. Однако такая четкая зависимость имеет место, когда при разной растяжимости вдыхается одинаковый объем газа.




  • Увеличение дыхательных объемов

    С возрастом детей не только меняется податливость легких к растяжению, но и увеличиваются дыхательные объемы. Последнее обстоятельство обусловливает увеличение силы, необходимой для преодоления эластического сопротивления. В итоге результирующая величина этих противоположных влияний оказывается минимальной. Во всех возрастах от рождения до 12 лет эластический компонент работы дыхания составляет 70—75% от общей работы дыхания с тенденцией к увеличению с возрастом детей.

    Динамическая работа дыхания (W), складывающаяся из работы по преодолению бронхиального сопротивления и неэластического сопротивления перемещающихся при дыхании внутренних органов, с возрастом детей меняется мало вследствие противоположно направленных влияний. Так как масса внутренних органов увеличивается, то, следовательно, для их перемещения на вдохе затрачивается больше энергии. Бронхиальное сопротивление с возрастом снижается, поэтому на его преодоление требуется меньше энергии. В итоге динамическая работа дыхания во всех возрастах составляет 25—30% от общей.

    Возрастная динамика показателей биомеханики дыхания более существенна для периодизации развития дыхательной функции. Абсолютные значения общей работы дыхания увеличиваются с возрастом детей, повторяя динамику минутного объема дыхания (МОД), за исключением периода 1-го года жизни, когда общая работа дыхания относительно массы тела самая высокая (0,1155 кгм/мин при МОД = = 2,75 л/мин). У детей 2—4 лет W ниже, чем у детей 1 года, и составляет 0,0786 кгм/мин (МОД = 3,0). Далее от 5 до 12 лет она неуклонно повышается вслед за ростом МОД. Так, в 5—6 лет W равна 0,098 кгм/мин (МОД = 3,5), в 7—8 лет — 0,1087 кгм/мин (МОД = 3,73), в 9—10 лет — 0,132 кгм/мин (МОД = 4,40), в 11—12 лет — 0,182 кгм/мин (МОД = 5,3). Критическими периодами, как это видно из представленных данных, являются периоды после 1 года и в 11—12 лет. Удельная работа дыхания (W в кгм/мин/л) изменяется с той же последовательностью, только снижаясь, а не увеличиваясь с возрастом детей. Самая высокая она у детей 1-го года (0,042 кгм/мин/л), затем снижается почти наполовину в возрасте 2—4 лет (0,026 кгм/мин/л) и далее до 12 лет меняется очень незначительно.




  • Функциональная значимость органов дыхания

    Функциональная значимость органов, участвующих в дыхании, разнообразна, поэтому, описывая их морфологические особенности, рассмотренные в возрастном аспекте, мы заострили внимание лишь на тех из них, которые лежат в основе физиологических возрастных проявлений.

    Данные литературы по возрастному развитию функции дыхания в онтогенезе сильно разнятся. Причиной этого может быть и влияние экологических факторов, и наслоение явлений акселерации, и просто условное деление детей на возрастные группы без учета физиологической правомерности такого деления.
    Множество исследователей уделяют значительную роль в развитии функции дыхания таким периодам: новорожденности, до 1 года, от 5 до 7 лет и от 11 до 12 лет, когда отмечаются сомое интенсивное изменение показателей изучаемой функции.

    Формирование нервных центров и периферических рецепторов, участвующих в регуляции дыхания, в онтогенезе у детей мало изучено. Как установлено в эксперименте на животных Е. И. Голубевой, до момента рождения центральные механизмы регуляции дыхания наделяются ретикулярными структурами мозга и среднего мозга, сенсорной корой и рядом образований лимбической системы. В дальнейшем, постнатальном развитии в регуляцию дыхательной функции легких включаются новые структуры: парафасцикулярный комплекс зрительного бугра, мамиллярное тело, задний и латеральный гипоталамус. Эффектор ный отдел дыхательной системы структурно оформляется и достигает зрелости уже в эмбриогенезе — к 24—28-й неделе.

    В свете современных представлений в ответ на нарушение гомеостаза в ЦНС ребенка формируется системная реакция, звенья которой включаются в процессе онтогенеза гетерохронко. Однако уже с первых дней жизни реакция охватывает все уровни ЦНС, включая и новую кору мозга.




  • Развитие дыхательной функции легких

    Современные представления о развитии дыхательной системы в онтогенезе базируются на многочисленных исследованиях, выполненных в нашей стране и за рубежом, однако не многие из них охватывают все возрастные периоды и основаны на анализе результатов комплексного изучения дыхательной функции легких. Во многих работах представлены возрастные нормативы большинства функциональных тестов, изучена их зависимость от антропометрических показателей. Динамика морфологических преобразований легких в онтогенезе человека рассмотрена в ряде исследований.

    Дыхательная система человека в различные возрастные периоды имеет не только количественные, но и качественные различия. В их основе лежат процессы непрерывного развития морфологических структур и функциональных процессов. Основные морфофункциональные звенья дыхательной системы сформированы к моменту рождения. С рождением ребенка развитие новых бронхиальных ветвей не прекращается. Оно продолжается до 7 лет с некоторым ускорением на первом году жизни. Рост и увеличение числа ветвей бронхиального дерева может продолжаться до периода полового созревания, пока не достигается 24—25 порядков ветвлений, характерных для легких взрослого человека. Однако в последнем периоде развития легкие растут главным образом путем увеличения размеров отдельных элементов.

    Процессы роста и развития легких неравномерны и гетерохронны. По А. Андронеску, в возрасте 4—5 лет имеет место стабильное развитие и замедленный рост воздухоносных путей, а в 5—7 лет начинает преобладать процесс расширения, в 7—9 лет — процесс удлинения бронхиального дерева. После 11—12 лет снова преобладает расширение над удлинением воздухоносных путей.




  • Изменения энергетики скелетных мышц в онтогенезе

    Система, обеспечивающая энергией мышечное сокращение, достаточно сложна. Общеизвестна необходимость усиления притока к работающим мышцам крови в связи с усилением окислительных процессов и увеличением кислородного запроса. При этом окислительно-восстановительные процессы, сопряженные с синтезом макроэргических фосфорных соединений, происходят в митохондриях, а уже макроэрги обеспечивают сокращение и расслабление миофибрилл. Этот источник энергии обычно называют аэробным. Однако есть источники энергии, связанные непосредственно с мышечной тканью. В первую очередь это механизмы гликолиза. Поскольку окончательным продуктом гликолиза в мышцах является молочная кислота, этот источник энергии называют лактатным. Молочная кислота окисляется в основном уже после работы в счет кислородного долга. Кроме того, в течение короткого времени, пока еще не развернулись инерционные механизмы обеспечения мышц кислородом, работу мышц могут обеспечивать запасы макроэргов (креатинфосфат, АТФ и др.). Этот источник энергии называют алактатным. Однако затраты макроэргов компенсируются после работы аэробными механизмами в счет кислородного долга.

     

    У взрослого человека алактатный источник энергии имеет очень большую мощность — до 10 вт/кг массы тела, но при работе такой мощности он очень быстро истощается (функционирует не более 5—10 с). Лактатный источник также обладает достаточной мощностью — до 5 вт/кг, но емкость его ограничена, и взрослый человек может выполнять мышечную работу в таком режиме не более 2—2,5 мин. Интересно, что аэробный источник энергии в мышце самый ограниченный по мощности — не более 3 вт/кг, но зато он может быть использован при работе умеренной интенсивности в течение долгого времени. Емкость этого источника энергии практически бесконечна [Н. И. Волков, 1975]. Таким образом, взрослый человек в зависимости от характера мышечного действия и энергозатрат использует три способа энергообеспечения двигательного аппарата. Однако основой мышечной энергетики является аэробное энергообеспечение, в котором участвуют разные системы организма, начиная с дыхательной и сердечно-сосудистой и кончая мышечными митохондриями.




  • Возрастные преобразования

    ВОЗРАСТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА. Энергетический обмен претерпевает в процессе онтогенеза значительные изменения, как на тканевом, так и на организменном уровне. Известно, что 90% всей энергии ткани получают в результате функционирования митохондрий.

     

    Эти клеточные органеллы функционируют уже в половых клетках и резко активизируются после оплодотворения. В последующем уровень энерготрат увеличивается, поскольку клетки растущего организма используют получаемую энергию как для внутренней работы, связанной с поддержанием клеточного гомеостаза (пластический обмен, клеточное деление и др.), так и для внешней работы, все больше увеличивающейся по мере дифференцировки и усложнения структуры тканей. Эти изменения отражаются не только на уровне клеточной и тканевой организации, но и на состоянии энергетического обмена целостного организма. Наиболее доступной формой исследования энергетического обмена является измерение основного, базального обмена. Однако оценка только базального метаболизма недостаточна, и для характеристики возрастных изменений энергетического обмена должны быть привлечены данные о развитии таких энергоемких функций, как терморегуляция и мышечная активность. При этом для выявления этапов онтогенеза необходимо связать развитие этих функций с возрастной динамикой ростовых процессов.

     

    ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ОСНОВНОГО ОБМЕНА. Основной обмен отражает суммарные энергетические траты организма, связанные с поддержанием процессов жизнедеятельности всех физиологических систем на уровне минимальной активности. Требования к условиям, в которых измеряется основной обмен, включают ряд ограничений, позволяющих оценить полную интегральную характеристику обмена данного человека, зависящую от соотносительной величины активной клеточной массы, жировой ткани, межклеточного пространства и т. д. Однако эти условия, сформулированные для взрослого человека, не всегда могут быть соблюдены при исследовании на детях, поэтому при измерении уровня минимальной интенсивности энергетического метаболизма у детей раннего возраста исследователи прибегают к ряду упрощений — не учитывают специфически-динамического действия пищи, применяют снотворные и успокаивающие средства для снижения двигательной активности или, используя малоинерционные системы регистрации газообмена, учитывают минимальный уровень потребления кислорода в короткие периоды покоя. Все это приводит к вариабельности оценки базального метаболизма.