Текст книги "Лекции по возрастной физиологии и психофизиологии"

Поперечнополосатая скелетная мышечная ткань состоит из многоядерных волокон цилиндрической формы, располагающихся параллельно одна другой, в которых чередуются темные и светлые участки (диски, полоски) и которые имеют разные светопреломляюшие свойства. Длина таких волокон колеблется от 1 до 40 мм, диаметр составляет около 100 мкм. Сокращение скелетных мышц произвольное, иннервируются они спинномозговыми и черепными нервами.

По функциональной роли скелетные мышцы подразделяются на тонические, специализированные на поддержание статического напряжения (позы), и фазные, осуществляющие энергичные сокращения (движение). По характеру метаболизма мышечные волокна подразделяются на окислительные, или красные (обеспечивающие длительную, но не интенсивную работу), и гликолитические, или белые (обеспечивающие мощное, но не длительное сокращение).

Поперечно-полосатые мышцы, наряду с гладкой мускулатурой и нервной системой относятся к возбудимым тканям, а составляющие их клетки являются самыми сложно устроенными. Поэтому мышечная ткань проходит долгий и многоступенчатый путь возрастного развития, претерпевая несколько кардинальных перестроек.

Формирование мышечной ткани начинается на 4-6-й неделе внутриутробного развития. В это время формируются первичные мышечные волокна. Несколько позже в мышцы прорастают аксоны мотонейронов спинного мозга. С этой стадии начинается синхронное формирование нервно-мышечного аппарата, причем определяющее значение имеет развитие нервных элементов, происходящее на 6-7-м месяцах внутриутробного развития. К моменту рождения примерно половина мышечных волокон уже прошла стадию первичной дифференцировки, и уже определены как «белые» или «красные». Дифференцировочные процессы усиливаются в возрасте от 1 до 2 лет, а затем на стадии полового созревания.

Мышечные клетки содержат все основные элементы, свойственные любой клетке (ядро, цитоплазму, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулюм), а также специализированные образования – нити белков актина и миозина, организованные таким образом, чтобы обеспечить процесс движения. Кроме того, особенностью строения мышечных волокон является то, что оно представляет собой симпласт, содержащий несколько тысяч ядер в общей цитоплазме. Вследствие этого мышечное волокно неспособно к обычному делению, как клетки других органов. Новые мышечные волокна формируются из клеток-предшественников (сателлитов), что происходит достаточно медленно, особенно у взрослого организма. Клетки-сателлиты – это клетки, отвечающие за формирование новых сегментов волокон после травмы или болезни, или в ответ на физическую тренировку. Состоят они из ядер с очень небольшим количеством цитоплазмы. Подобно мышечным ядрам, они располагаются на периферии мышечного волокна, но окружены собственной мембраной и базальной мембраной отделены от волокна. Обычно количество таких клеток в отдельном мышечном волокне небольшое; например, в мышце человека они составляют 4 – 11 % от количества ядер мышцы (Wakayama, 1976). В ответ на сигнал, поступивший из поврежденного участка волокна, ранее пассивные клетки-сателлиты как бы просыпаются, перемещаются в поврежденную зону, образуя часть волокон или новые волокна. Активация сателлитов происходит при повреждении мышечного волокна и при регулярной физической нагрузке.

В ходе онтогенеза происходят значительные изменения в микроструктуре мышц. Рост мышечной массы в постнатальном периоде происходит за счет увеличения не количества, а размеров мышечных волокон. Происходит утолщение миофибрилл и как результат – утолщение мышечных волокон. Стабилизация, прекращение роста мышечных волокон происходит к 18–20 годам, то есть примерно в те же сроки, что и стабилизация роста скелета. А вот в старости происходит противоположный процесс – атрофия мышечных волокон, приводящая к уменьшению их диаметра.

Развитие гистоструктуры соединительнотканных элементов мышц идет особенно интенсивно в раннем детском возрасте, значительного уровня достигая к 7 годам. Мышечная масса у детей в целом невелика. Она составляет у новорожденного всего 20 % от веса тела, у детей 2–3 лет 23 %, в 7–8 лет – 27 %, у 15-летних подростков – 32 %, в то время как у взрослых нетренированных людей порядка 44 %, у спортсменов-мужчин – до 50 %. Прирост мышечной массы на лишь на 10 % происходит за счет формирования новых волокон из сателлитных клеток. Основной прирост (90 %) мышечной массы происходит за счет вытягивания мышечных волокон в длину и заполнения внутреннего пространства сократительными белками и субстратами для реакций гликолиза и окисления, обеспечивающих энергетические потребности мышц, т. е. за счет удлинения и утолщения уже существующих мышечных волокон.

У детей от 1 до 3 лет тоническая мускулатура, которая обеспечивает удержание позы, уже достаточно сформирована, и дальнейшее ее развитие идет в сторону количественного нарастания. Фазические мышцы, от которых зависит сила и быстрота, проходят в этом возрасте лишь очередной этап своего развития, их окончательное созревание завершается к 15 годам. С этим связаны особенности движений у детей 13 лет жизни: медлительность, плавность движений, отсутствие в двигательных реакциях рывков. Недостаточная сила мышц ног препятствует реализации фазы полета во время бега.

В первые годы жизни у детей тонус мышц сгибателей превышает тонус разгибателей. Поэтому детям трудно длительное время сохранять вертикальное положение, поддерживать вертикальное положение спины при сидении. Мышцы конечностей (особенно мелкие мышцы кистей) относительно слабее мышц туловища. Недостаточное развитие мышечно-связочного аппарата брюшного пресса может вызвать образование отвисшего живота и появление грыж при поднятии тяжестей. Сила мышц мальчиков и девочек в дошкольном возрасте не различается.

Ранее считалось, что дифференцировка мышечных волокон по типу энергообеспечения в целом завершается в возрасте 3–4 лет. Однако исследования последних лет (Сонькин В.Д., Тамбовцева Р.В., 2011) показали, что в ходе онтогенеза мышечные волокна проходят целый ряд изменений. Окончательный спектр мышечных волокон устанавливается только после завершения пубертатного процесса.

Этапы развития скелетных мышц:

– Формирование миотрубки (начальные стадии эмбриогенеза);

– Становление нервно-мышечных единиц (5–6 месяцы эмбриогенеза);

– Дифференцировка первичных («выносливость») волокон (к 4–5 годам);

– Дифференцировка вторичных («сила» и «скорость») волокон (46 лет, во время полуростового скачка);

– Препубертатаная передифференцировка (6-11 лет): активация анаэробных возможностей;

– 1-я пубертатная передифференцировка (12–15 лет): появление волокон с промежуточными свойствами;

– 2-я пубертатная передифференцировка (после 15 лет): появление волокон с дефинитивными свойствами и их усиленный рост.

При этом принципиальным моментом можно считать следующий: результат каждой передифференцировки определяется уровнем физической нагрузки ребёнка. Т. е., если мы ребёнка пересаживаем «с горшка – за парту», не давая достаточной физической нагрузки на его организм, то развития адекватного физических качеств по объективным причинам ожидать не приходится.

Для дошкольного возраста характерно генерализованная реакция организма на внешние и внутренние стимулы, когда активируются сразу несколько систем организма. Такой способ реагирования весьма неэкономичен, и у детей пока нет объективной возможности длительное время поддерживать адекватное состояние организма при физической или психической нагрузке, особенно статической.

Кроме того, мышцы у детей имеют тонкие волокна, содержащие минимальное количество белков и энергетических ресурсов (гликоген, жирные кислоты). Крупные мышцы развиваются быстрее мелких, поэтому дети затрудняются выполнять мелкие и точные движения, у них недостаточно развита координация. Недостаточная физическая активность приводит к функциональным нарушениям осанки (асимметрия плеч и лопаток, сутулость). В более старшем возрасте идет постепенное упрочение связочного аппарата и нарастание мышечной массы.

В возрасте 1–3 лет происходит интенсивное развитие мышц рук, особенно управляющих тонкими движениями пальцев. Поэтому к возрасту 3 лет у детей появляется способность к некоторым тонким движениям, например, рисованию.

В возрасте 3–4 лет значительно увеличиваются сила и быстрота движений, в беге появляется фаза полета. Совершенствуются координационные способности, увеличиваются ловкость и гибкость. К возрасту 5–6 лет формируются тонкие координационные способности, позволяющие переходить к письму.

В возрасте 4–5 лет начинает возрастать абсолютная сила мышц, но поскольку одновременно растет и сам ребенок, относительная сила мышц практически не меняется. Лишь с возраста 6–7 лет прирост силы оказывается больше прироста массы тела, и тогда начинает возрастать относительная сила мышц. При этом возрастают прыгучесть и скоростно-силовые возможности.

Перейдем к рассмотрению возрастных особенностей нервной системы. Так же, как и в случае с мышечной тканью, количество нервных клеток мало меняется на протяжении жизни человека, нервные клетки, как и поперечно-полосатые мышечные волокна, не способны к делению. Но если в мышцах одновременно с настоящими мышечными волокнами закладываются клетки-сателлиты, как запасной материал, то в нервной ткани такой возможности нет. До недавнего времени считалось, что нервные клетки вообще не восстанавливаются. Однако в 2003 году были увидены прототипы нейронов, развивающиеся из стволовых клеток. Сами стволовые клетки нервной системы пока не обнаружены.

Давайте сначала введем некоторые определения.

Стволовые клетки – это уникальные клеточные популяции, способные одновременно к самовоспроизведению и к дифференцировке в специализированные клеточные типы. Термин «самовоспроизведение» понятен, что такое «дифференцировка». Дифференцировка – это созревание, или лучше сказать, превращение в клеточные элементы, характерные для той или иной ткани (Гомазков О.А., 2006).

Наиболее понятный пример для характеристики стволовых клеток можно привести из системы крови. Еще в средней школе даются знания о том, что в красном костном мозге, который расположен в губчатой костной ткани плоских костей, есть некие стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови – эритроцитам, лимфоцитам, моноцитам и др. Сложнее с нервной тканью. Стволовые клетки нервной ткани пока не обнаружены. Однако в некоторых областях мозга (гиппокамп, гипоталамус, неокортекс) обнаружены популяции делящихся нервных клеток. В 60-е годы это было описано по результатам рентгенографического анализа, а на рубеже 21-го века, с появлением новых технологий, это стало возможным увидеть на живом мозге, в реальном времени. Это значит, что в ключевых областях головного мозга, играющих важнейшую роль в формировании психики (неокортекс), эмоционально-мотивационной сферы (гиппокамп) и регуляции работы остального организма (гипоталамус) на протяжении всей нашей жизни возможны серьезные изменения.

Что же происходит с нервной системой у дошкольников.

На протяжении всей жизни вообще и в дошкольном возрасте в частности, количество нервных клеток изменяется крайне незначительно. Основные изменения происходят в их строении и функциях. Рассмотрим, что из себя представляет нервная система.

Главными клетками нервной системы являются нейроны. У них сложное строение и очень разнообразная форма. Общими чертами, присущими всем нервным клеткам, является разделение на сому (тело) и многочисленные отростки. По этим отросткам информация в виде электрических импульсов приходит к соме (эти отростки называются дендритами, их много) или отходят от нее (это аксон, он всегда один). Сложная форма клетки позволяет нейронам взаимодействовать друг с другом, как в непосредственной близости, так и на значительных расстояниях.

Для передачи информации в нервной системе используются синаптические контакты. В синапсах при помощи химических веществ информация от одной клетки передается на другую. На каждой клетке может быть несколько тысяч таких контактов, которые расположены на соме и дендритах. При этом сама клетка при помощи аксона и его разветвлений образует контакты еще с несколькими сотнями нейронов. Таким образом, формируются нервные цепи и сети. Информация в нервной системе передается между разными структурами головного и спинного мозга, в нисходящем (от коры головного мозга, через подкорковые структуры на нейроны спинного мозга) или восходящем (от нейронов спинного мозга или различных рецепторов) на нейроны подкорковых структур и далее, в кору головного мозга.

Часть нейронов головного и спинного мозга посылают свои аксоны на периферию в виде нервов – черепно-мозговых и спинномозговых. Эти нервы передают управляющую информацию на произвольную мускулатуру и внутренние органы. В обратную сторону, в направлении структур центральной нервной системы, идет сенсорная информация.

В регуляции работы всего организма принимают участие многочисленные подкорковые структуры и различные области неокортекса. Формирование психических функций связывают с активностью ассоциативных областей коры головного мозга.

Наиглавнейшими процессами, происходящими в нервной системе дошкольников, является миелинизация аксонов нервных клеток и возрастание количества синаптических контактов. Эти количественные преобразования приводят к формированию качественно новых способностей у детей, или, как говорят психологи, к появлению психических новообразований.

Миелинизация нервных волокон – это «обрастание» аксонов нейронов клетками нейроглии (Шванновскими клетками), функциональная роль которых сводится в формированию изолирующей оболочки. Электрические токи, текущие по неизолированным аксонам, распространяются в десятки раз медленнее, чем по миелинизированным волокнам. Поэтому при миелинизации изменяется такой важный показатель работы нервной системы, как лабильность: если по немиелинизированному нерву у новорожденных электрические импульсы могут идти с частотой не более 10 Гц, то у взрослого человека, по миелинизированным волокнам, частота нервных импульсов может достигать 1000 Гц.

Миелинизация основных нервных волокон проходит до 3 лет, процесс завершается к 6 годам.

Другой важнейший процесс – образование новых синаптических контактов – идет всю жизнь, но наиболее динамично в первое десятилетие жизни. Скорость образования и количество синаптических контактов определяют степень функциональной зрелости разных областей и структур головного мозга. Раньше всего, в первые годы жизни, созревают проекционные области различных анализаторов – зрительного, слухового, моторного. Позднее всего созревают ассоциативные области неокортекса, причем образование синапсов в них возможно на протяжении всей жизни. Кроме того, нельзя забывать, что жизненный опыт сохраняется в нашей памяти как условные рефлексы, что материализуется в нервной системе в виде создания новых синапсов или изменения эффективности передачи нервных импульсов в уже существующих.

Миелинизация нервных волокон и образование новых синаптических контактов служат физиологической основой формирования функциональных систем – образования связей между разными структурами нервной системы и исполнительными органами, призванными выполнять какую-либо функцию, например, чтение или произвольные движения.

В дошкольном возрасте очень быстро идет созревание функциональных систем, включающих вертикальные связи между мозгом и периферическими органами. Образование горизонтальных связей, между различными областями коры, идет гораздо медленнее. Поэтому у детей до 3 лет наблюдаются слабые межсистемные взаимосвязи, например, между зрительной и моторной системами. К 5–6 годам формируются горизонтальные связи как внутри каждого из полушарий мозга, так и между полушариями.

Характерным свойством развития нервной системы детей является гетерохронность формирования возбуждающих и тормозных влияний. В первую очередь развиваются возбуждающие системы, однако длительное поддержание активного состояния еще невозможно. Поэтому дошкольники не способны длительно удерживать внимание и быстро утомляются. С другой стороны, недостаточность тормозных систем приводит к частому развитию состояния запредельного торможения. Это вид безусловного торможения, призванный сохранить нормальную психику. В случае его развития у ребенка, сначала отключаются тормозные механизмы, и ребенок демонстрирует сверхвозбуждение. Обычно в таких случаях говорят «ребенок перегулял». Затем срабатывает запредельное торможение, и ребенок становится вялым и апатичным.

В целом дошкольный возраст характеризуется созреванием сенсорных систем и совершенствованием воспринимающей (когнитивной) функции мозга. Определенные изменения происходят также в регуляции движений, появлении произвольного внимания и развитии мотивационной и эмоциональной сфер. Рассмотрим эти вопросы подробнее.

Регуляция движений. Структурное созревание коры больших полушарий и нервных путей внутри коры головного мозга создает широкие возможности для установления межанализаторных отношений и участия многих отделов головного мозга в регуляции движений. Возрастные изменения регуляции движений. проявляются в виде последовательной смены различных способов реализации моторной задачи. Так, с 1 года до 5 лет регуляция движений осуществляется на базе зрительной обратной связи. В 5–7 лет происходит переход к текущему контролю за точностью движений на основе зрительной афферентации с включением проприоцептивной обратной связи. Ведущим является механизм кольцевого регулирования.

Восприятие. Гетерохронное созревание структур мозга, участвующих в реализации восприятия, определяет очень существенные качественные преобразования данного свойства у дошкольников. В возрасте 6 лет происходит качественная перестройка зрительных восприятий, в результате которой значительно улучшается механизм опознания целостных образов. Также к 6 годам формируется схема тела как основа ориентации в пространстве. Развивается способность к экстраполяции (предвидению ситуации), ребенку становятся посильными такие задачи, как остановить бег у заданной черты, вовремя подставить руку при ловле мяча.

Внимание. Среди механизмов внимания можно выделить физиологические (реакция активации, непроизвольное внимание) и психологические (произвольное внимание). Непроизвольное внимание обнаруживается с периода новорожденности в виде элементарной ориентировочной реакции на экстренное применение раздражителя. Этот вид внимания сохраняется как в начале дошкольного периода, так и в последующие периоды жизни, отражая его физиологический смысл: реакция на появление в окружающей среде некой новизны является основным возбудителем внимания.

В дошкольном возрасте, по мере созревания коры больших полушарий, в обеспечении механизмов внимания значительно возрастает вклад нейронного аппарата коры больших полушарий. Существенные изменения корковой активации, лежащей в основе внимания, отмечены в 6-7-летнем возрасте. Возрастает роль речевой инструкции в формировании произвольного внимания. При этом сохранятся значение эмоционального фактора.

Развитие потребностно-эмоциональной сферы. Потребность в новизне и связанные с ней эмоции в течение всего дошкольного периода являются важнейшим фактором психического развития ребенка. На их базе формируются познавательные потребности и мотивации, определяющие целенаправленное поведение. Повышенная эмоциональная активация ребенка является важным фактором в запечатлевании информации (эмоциональная память). Из-за слабости контроля со стороны высших отделов мозга эмоции детей неустойчивы, предъявления их несдержанны. С возрастом, по мере созревания коры больших полушарий и усиления ее влияний на нижележащие подкорковые структуры, сдержанность эмоциональных проявлений возрастает. Кора больших полушарий становится важным регулятором потребности, оказывая влияние на биологические потребности, изменяет степень и характер их проявления.

Развитие речи. Мозговые системы, ответственные за восприятие речевых сигналов, начинают функционировать рано, до 1 года. Формирование собственной речи связано с созреванием разных областей коры больших полушарий: сенсорных, ответственных за восприятие звуков речи; моторных, определяющих возможность ее произнесения; специфических речевых зон. Высшие отделы коры больших полушарий, с которыми связана произвольная регуляция, определяют формирование регуляторной и программирующей функции речи. Целостная вербальная деятельность, ее абстрактно-логические и графические формы (чтение и письмо) развиваются и совершенствуются в течение длительного периода развития ребенка, охватывающего весь процесс обучения в школе.

Школьная зрелость. Традиционно выделяются несколько аспектов школьной зрелости: физическая готовность, мотивационный, интеллектуальный, эмоционально-волевой и социальный.

Физическая готовность к обучению в школе включает в себя следующие компоненты: положительные показатели состояния здоровья; гармоничное физическое развитие; развитие функциональных систем соответственно возрасту; высокий уровень физической подготовленности в целом и мелкой моторики, в частности, а также высокий уровень самообслуживания и овладения культурно-гигиеническими навыками.

Мотивационный аспект готовности к школе определяется по наличию сформированного желания учиться и освоению элементов учебной деятельности.

Под интеллектуальной зрелостью понимается дифференцированное восприятие (перцептивная зрелость), включающее выделение фигуры из фона; концентрацию внимания; аналитическое мышление, выражающееся в способности постижения основных связей между явлениями; возможность логического запоминания; умение воспроизводить образец, а также развитие тонких движений руки и сенсомоторную координацию. Можно сказать, что понимаемая таким образом интеллектуальная зрелость в существенной мере отражает функциональное созревание структур головного мозга.

Эмоциональная зрелость в основном понимается как уменьшение импульсивных реакций и возможность длительное время выполнять не очень привлекательное задание.

К социальной зрелости относится потребность ребенка в общении со сверстниками и умение подчинять свое поведение законам детских групп, а также способность исполнять роль ученика в ситуации школьного обучения.

Психология. Весь период детства с трех до семи лет просматривается эта тенденция раннего онтогенеза человека: неудержимое, стремительное развитие психических свойств, прерывающееся выраженными остановками – периодами стереотипного воспроизведения достигнутого. В возрасте с трех до семи лет самосознание ребенка развивается настолько, что это дает основание говорить о детской личности.

В целом, готовность к школе определяется по появлению психологических новообразований: нравственное развитие ребенка, рефлексия как осознание себя и своей деятельности, произвольность, воображение, познавательная активность, понимание и оперирование знаковосимволическими средствами, сформированное желание учиться и элементы учебной деятельности.

Одна из причин трудности прохождения адаптационного периода у первоклассников – несформированность у них готовности к школьному обучению. Большинство исследователей подробно разрабатывают вопросы, касающиеся психологического и специального аспектов готовности. Физическая же готовность традиционно отслеживается медиками. Именно отслеживается, а не формируется. Если целенаправленно не проводить работу по формированию указанной готовности, это приведет к еще большему ухудшению состояния здоровья детей, снижению их функциональных возможностей и, как следствие, – к обострению проблемы «школьной зрелости». Среди современных детей седьмого года жизни школьно-незрелые составляют более 40 %, что в три раза превышает количество таких детей в 70-е гг. и в два раза – в 80-е гг. (В.Р.Кучма, М.И.Степанова, 2009).