Текст книги "Закаливание детей дошкольного возраста"

Адаптация развивающегося организма к меняющейся температуре среды

Для того чтобы понять механизмы закаливания, в том числе и механизмы адаптации детей к сниженной температуре среды, необходимо рассмотреть вопросы, связанные с терморегуляцией в раннем постнатальном периоде.

В антенатальном периоде организм развивается в условиях постоянной температуры, равной температуре тела матери. Постоянство температуры окружающей среды во внутриутробном периоде является важным и непременным фактором раннего развития, поскольку плод еще не способен сам поддерживать собственную температуру тела. Преждевременно рождающиеся дети, а также незрелорождающиеся млекопитающие в условиях обычной температуры окружающей среды, равной 2-22 °C, не могут поддерживать гомойотермию и потому снижают температуру собственного тела. Исследования показали, что однократное или многократное снижение температуры беременного животного не безразлично для внутриутробного развития и приводит к существенной задержке роста и развития плода.

Сразу после рождения температура окружающей среды для ребенка снижается на 10–15 °C. Какие физиологические закономерности лежат в основе регуляции функций в этих условиях? Пониманию закономерностей целого организма в значительной степени способствует развитие системного подхода в биологии и медицине. Системы нередко определяются как «совокупность отдельных элементов», их «упорядоченность». Открытие системных закономерностей в деятельности живых систем связано с именем академика П. К. Анохина, который обратил внимание на то, что системы живых организмов не просто упорядочивают входящие в них отдельные элементы, но и объединяют их для осуществления отдельных жизненно важных функций. Такие системы получили название функциональных систем.

Системообразующим фактором функциональной системы любой степени сложности (по П. К. Анохину) являются полезные приспособительные результаты для системы и организма в целом. К ним относятся:

1) показатели внутренней среды – питательные вещества, кислород, температура, реакции крови, осмотическое и кровяное давление, т. е. то, что в значительной мере определяет уровень здоровья взрослых и детей; 2) результаты поведенческой и социальной деятельности, удовлетворяющие основные биологические потребности организма – пищевые, питьевые, оборонительные, социальные и т. д.

Рассмотрим отдельные узловые механизмы формирования функциональной системы, определяющей оптимальный для метаболизма уровень температуры тела. Она объединяет две подсистемы: подсистему внутренней эндогенной саморегуляции и подсистему поведенческой регуляции температуры тела (Макаров В.А., 1983). Эндогенные механизмы саморегуляции за счет процессов теплопродукции и теплорегуляции определяют поддержание необходимой для метаболизма температуры тела. Однако в отдельных условиях действия этих механизмов становятся недостаточными. Тогда на основе первичных изменений внутри организма рождается мотивация к изменению положения организма во внешней среде и возникает поведение, направленное на восстановление температурного оптимума организма.

Принципиальная архитектура функциональной системы, поддерживающей температуру тела на оптимальном для метаболизма уровне, представлена на рис. 2.

Полезным приспособительным результатом данной функциональной системы является температура крови, которая, с одной стороны, обеспечивает нормальное течение обменных процессов в организме, а с другой стороны, сама определяется интенсивностью процессов метаболизма.

Для нормального течения метаболических процессов гомойо-термные животные, в том числе и человек, вынуждены поддерживать температуру тела на относительно постоянном уровне. Измерение температуры в течение дня позволяет определять её суточные колебания с наивысшим уровнем в 12–16 часов и низшим – в 2–4 часа. Эти колебания идут параллельно с функциональными сдвигами процессов кровообращении, дыхания, пищеварения и др. и отражают, таким образом, суточные колебания жизнедеятельности организма, обусловленные биологическими ритмами. Благодаря механизмам саморегуляции необходимая для обмена веществ температура поддерживается уже в крови. Температура крови и ее малейшие изменения немедленно воспринимаются терморецепторами сосудов или клетками гипоталамической области. В случае повышения температуры крови усиливаются процессы теплоотдачи за счет расширения сосудов, усиления потери тепла конвекцией, излучением и др. Одновременно с этим наблюдается торможение процессов теплопродукции.

Рис. 2. Схема функциональной системы, поддерживающей оптимальную для метаболизма температуру организма

При понижении температуры крови усиливаются процессы теплопродукции за счет мышечной деятельности, дрожи, усиления клеточного метаболизма. Наряду с этим тормозятся процессы теплоотдачи, что и приводит к восстановлению температуры крови. Данная функциональная система находится в постоянных взаимоотношениях с внешней средой посредством действия внешней температуры на терморецепторы кожи.

В последние годы установлено, что в раннем возрасте уже осуществляется функция теплопродукции, которая обеспечивается в первую очередь активностью бурого жира. У плода уже в антенатальном периоде представлена бурая жировая ткань, расположенная главным образом в межлопаточной области [Новикова Е.Ч., Корниенко И.А. и др., 1972; Корниенко И.А., 1979]. Показано, что усиление функции бурого жира связано с возрастанием симпатической регуляции, а именно с изменением содержания норадреналина.

Теплопродукция за счет сократительной активности скелетных мышц в раннем постнатальном возрасте не является основной, первостепенной. У детей еще отсутствует холодовая дрожь. Вместе с тем у них, начиная с периода новорожденности, уже представлен терморегуляционный тонус скелетных мышц, который приводит к созданию специфической позы, – согнутое положение конечностей по отношению к туловищу, обеспечивающее повышение теплопродукции. Во время сна тонус скелетных мышц исчезает, но терморегуляционная активность бурой жировой ткани обеспечивает термогенез во время сна.

В раннем постнатальном возрасте скелетная мускулатура принимает участие в терморегуляции только при значительном снижении температуры среды. В более старшем возрасте (1,5–3 года) терморегуляционная активность скелетных мышц начинает проявляться при местном охлаждении – погружении рук в холодную воду (15 °C) на 2 минуты.

С возрастом происходит уменьшение роли химической терморегуляции и возрастание физической терморегуляции, о чем свидетельствует снижение кожной температуры и тем самым увеличение температурных градиентов туловища и конечностей [Кореневская Е. И. и др._# 1971; Саатов М.С., 1974; Гохблит И. И., Корниенко И.А., 1978]. Сниженная температура среды через раздражение рецепторов кожи и легких может стимулировать центры иннервации скелетных мышц и способствовать возникновению так называемого терморегуляционного мышечного тонуса. Как представлены адаптивные механизмы поддержания постоянной температуры тела у взрослого и растущего организма? Существенное значение в терморегуляции как у взрослых, так и у детей принадлежит скелетной мускулатуре. Однако в детском возрасте значение скелетной мускулатуры в качестве фактора теплопродукции меньше, чем у взрослых, поскольку у взрослых больше масса мускулатуры. Она составляет 40 %, в то время как у детей – на 10 % меньше. Большая роль в теплопродукции отводится печени, кишечнику, причем тем большая, чем меньше возраст ребенка. Хорошо известно, что сокращение мышцы сопровождается освобождением тепла. Однако химическая терморегуляция может проявляться и при отсутствии сократительной деятельности мышц. Это явление получило название «химический тонус», «бездрожевой», «несократительный термогенез». В настоящее время показано, что функциональная система терморегуляции включает в себя корковый и гипоталамический отделы мозга [Hemingway А., 1963]. Закаливание изменяет в целом деятельность нервной системы и эндокринного аппарата, приводит к формированию новых условных рефлексов [Минх А. А., 1980].

Как уже было сказано, начальные стадии адаптации к холоду обязаны усилению теплообразования за счет возрастания мышечной активности. Далее дрожевая активность меняется на несократительный термогенез, связанный с возникновением свободного окисления.

Таким образом, если на уровне целостного организм адаптация к холоду вызывает возбуждение симпатического отдела нервной системы, то на уровне клетки адаптивные изменения приводят к увеличению свободного окисления. Это ведет к падению концентрации макроэргов, увеличению потенциала фосфорилирования, мобилизации гликолиза, что в конечном итоге направлено на увеличение активности генетического аппарата клеток и на увеличение количества митохондрий [Меерсон Ф. 3., 1973]. Адаптация к низкой температуре среды предполагает не только увеличение теплопродукции, что обеспечило бы растущему организму выживание, но и сохранение или увеличение рабочих возможностей организма в среде. Иными словами, адаптация к холоду предполагает высокий уровень разобщения окисления и фосфорилирования – возрастание мощности системы разобщения.

Установлено, что адаптация к холоду в раннем постнатальном возрасте может привести к увеличению рабочих возможностей сердечно-сосудистой системы. При этом возрастает содержание миоглобина как в сердце, так и в скелетных мышцах [Празников В. П., 1972]. Во время адаптации взрослого организма к холоду происходит увеличение концентрации катехоламинов и, в частности, норадреналина в плазме крови и моче. Чувствительность организма к адреналину и норадреналину во время адаптации к холоду существенно возрастает и становится большей, чем у неадаптированных к холоду животных [Меерсон Ф. 3., Гомазков О. А., 1970]. Еще большая чувствительность к холоду имела место у животных раннего возраста. При фармакологическом выведении катехоламинов из тканей и крови у животных раннего возраста происходит резкое снижение адаптивной устойчивости к холоду.

Адаптация детского организма к сниженной температуре среды в целях увеличения устойчивости, резистентности по отношению к переохлаждению и возникновению заболеваний может быть рассмотрена на примере временных холодовых экспозиций, а также на «модели» адаптации детей к условиям Севера. При этом имеется в виду изыскание оптимальных условий проведения различных приемов закаливания в условиях средней полосы и Севера. С другой стороны, адаптация детей к Европейскому и Азиатскому Северу вскрывает те факторы риска, которые могут встретиться при чрезмерной адаптации, при чрезмерном закаливании ребенка к холоду в средней полосе или даже на юге. Чрезмерная адаптация ведет, как правило, к «полому» возможностей сопротивления организма к ряду средовых воздействий и возникновению заболеваний.

Адаптация детей к условиям Севера

Климат Заполярья, особенно районов Крайнего Севера, является неблагоприятным для взрослых и детей. Это связано со значительными перепадами температур, влажности, повышенной радиационной и магнитной активностью. Наиболее суровыми являются климатические условия Азиатского Севера. Так, среднегодовая температура воздуха в центральных районах Таймыра (район Норильска) составляет -12 °C. Скорость ветра доходит до 28–31 м/с. Продолжительность полярной ночи – 56 суток, полярного дня – 78 суток. Снежный покров держится 240–250 дней. Число дней с температурой -30 °C составляет 85 в году.

Исследователи, изучавшие особенности жизнедеятельности ребенка в Заполярье [Рапопорт Ж.Ж., 1975,1979, и др.], показали, что в условиях Севера происходит увеличение энерготрат целостного организма ребенка как одно из проявлений катаболических реакций на холод. В частности, возрастает потребление кислорода у детей на Севере. При этом существенно увеличивается активность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, обеспечивающих деятельность жизненно важных функций в поддержании высокого уровня метаболизма, необходимого в условиях адаптации к низкой температуре среды. Показано, что в период полярной ночи минутный объем дыхания увеличивается на 20–30 % [Авцын А. П., Марачев А. Г., 1975]. Жизненная емкость легких у детей Норильска отчетливо превышала таковую у детей Красноярска и Кишинева [Криворучко Т.С., 1976]. Помимо сугубо физиологических изменений у детей Севера восточной части России (Магадан, Анадырь) выявлены морфологические изменения в легких. Они заключаются в увеличении альвеолярной поверхности, расширении и некотором укорочении капиллярных сегментов, повышении кровенаполнения легких [Авцын А. П, 1972]. Данные изменения носят адаптивный характер морфологической перестройки легких, напоминающей адаптацию к гипоксии в горах.

Величина минутного объема сердца у детей Норильска и Дудинки превосходила таковой показатель у детей Красноярска [Рапопорт Ж.Ж., 1979]. Установлено и увеличение кислородной емкости крови у лиц, приезжающих на постоянное жительство в Заполярье, в том числе и детей [Неверова Н.П., 1972; Рапопорт Ж.Ж., 1979].

Вместе с тем у детей, адаптирующихся к холоду, также, как и при других видах адаптации, имеет место разобщение между показателями роста и развития. Происходит увеличение ряда показателей развития, в частности, связанных с кислородообеспечением тканей – сердечно-сосудистой и дыхательной систем, кислородной емкости крови. Снижение темпов роста – снижение антропометрических показателей, удлинение сроков наступления полового созревания. При чрезмерных, а подчас и экстремальных, условиях жизни на Крайнем Севере к этим показателям разобщения роста и развития могут добавляться и другие негативные явления, связанные со снижением иммунобиологической резистентности: снижение как неспецифического, так и специфического иммунитета. При этом падают показатели фагоцитоза, титра комплемента, клеточного иммунитета, снижается количество IgA и IgB [Рапопорт Ж.Ж., 1979].

В исследованиях Л.Е. Панина (1978) показано, что при адаптации человека к условиям Заполярья происходит повышение содержания стероидных гормонов, катехоламинов, что сопряжено с возрастанием свободных жирных кислот, а нарастание уровня 11-ОКС ведет к увеличению и других липидных фракций. Помимо этого, отмечено также снижение уровня сахара в крови ниже допустимых границ без каких-либо признаков гипогликемии. Однако соответствующие изменения гормонального, липидного и энергетического обмена у детей имеют свои особенности. При длительной адаптации человека к условиям Севера происходит сдвиг липопротеидного спектра в сторону увеличения 1_-фракций липопротеинов. При этом увеличивается содержание липопротеинов очень низкой плотности.

В состоянии покоя у человека при адаптации кусловиям Севера обнаружена существенная утилизация свободных жирных кислот, особенно после дозированной скелетномышечной нагрузки. В этой связи и происходит сдвиг липопротеидного спектра в сторону липопротеидов высокой плотности. Наряду с увеличением липидного обмена, при адаптации кусловиям Севера, наблюдается торможение углеводного обмена (ингибирование гексокиназы). При этом возникает дефицит водорастворимых витаминов В₁ и В₂, что, однако, не сопровождается развитием типичной клинической картины гиповитаминоза.

Отличительной особенностью жирового и энергетического обмена детей-аборигенов является то, что у них выявлено низкое содержание липидов в крови, причем низкий уровень липидных фракций коррелировал с низким уровнем 11-ОКС в крови. Однако содержание молочной кислоты у них в крови более чем в 1,5 раза выше, чем у взрослых. Торможение превращения глюкозы по гликолитическому пути может быть связано с повышением продукции глюкокортикоидов, обусловливающих ингибирование гексокиназы.

Полноценная адаптация взрослого населения и детей невозможна без восполнения тех ингредиентов, которые тратятся. Как показали исследования, взрослое население, в особенности аборигены, с этой целью употребляют в пищу мясо северного оленя, которое содержит весь спектр жиров, белков, витаминов, микроэлементов и восполняет все те траты, которые имеют место при адаптации. В детских дошкольных учреждениях Норильска калорийность пищи увеличивают на 15–20 % по сравнению с теми нормами, которые приняты для средней полосы страны [Сендек Г. В., 1970].

Вместе с тем у детей Заполярья существенно выше содержание гликогена в нейтрофильных гранулоцитах по сравнению с детьми Красноярска [Рапопорт Ж.Ж., 1979]. В целом у детей Заполярья отмечено повышение удельного веса анаэробного гликолиза и нарастание соответственно количества перекиси водорода. Вместе с тем количество пероксидазы у них не увеличено, что свидетельствует о недостаточной выраженности адаптивных механизмов.

Таким образом, адаптация организма к холоду приводит к интенсификации всех видов обменных реакций.

Сезонные ритмы и закаливание детского организма

Закаливание организма – целенаправленное увеличение резистентности и сопротивляемости организма к средовым факторам – оправдано в связи с необходимостью снижения заболеваемости детей, прежде всего, инфекционными болезнями. Хорошо известно, что заболеваемость детскими инфекциями не одинакова в различные сезоны года: она меньше в летнее время и увеличивается к зимнему и началу весеннего периодов. При этом снижается иммунобиологическая сопротивляемость. И. Г. Баташова (1972) показала, что у детей ясельного возраста в различные сезоны представлены неодинаковые показатели неспецифического иммунитета. Так, если количество лейкоцитов летом у детей было 11 10⁹/л, осенью – 10 • 10⁹/л, то зимой – 10,4 • 10⁹/л; содержание гемоглобина летом составляло 125,6 г/л, осенью – 124,7 г/л, зимой – 122,4 г/л; нейтрофильный показатель (индекс Ш.Д. Мошковского) летом – 12,06; осенью – 10,48; зимой – 9,4. Аналогичные изменения представлены не только у детей, но и у взрослых.

Приведенное выше свидетельствует о том, что в зимний период в связи с уменьшенной освещенностью, снижением температуры среды происходит падение адаптивных возможностей организма. Именно поэтому в зимний период времени особенно нельзя прекращать закаливающие мероприятия.

Весной по сравнению с осенью на 15 % уменьшается количество детей с нормальными показателями функционального состояния сердечно-сосудистой системы: в 2 раза увеличивается число детей со сниженным содержанием гемоглобина, в 2 раза чаще, чем осенью, встречается замедленная скорость оседания эритроцитов, свидетельствующая о гипореактивном состоянии организма [Бережков Л.Ф., Дубинская И.Д., 1979].

С чем связана подобная периодичность? При рассмотрении этого важного вопроса целесообразно обратиться к «модели» адаптации детей к климату Заполярья, а именно к той географической зоне, в которой представлены наиболее контрастно сезонные изменения: увеличение отрицательных температур, изменение фотопериодичности и возрастание количества магнитных бурь в зимний период года. Аналогичные изменения представлены и в других географических зонах, однако они выражены меньше, а потому и реакция детского организма в этих условиях изменяется меньше по сравнению с тем, что имеет место в Заполярье.

Сезонные изменения роста и развития детей в условиях климата Заполярья отражают те особенности, которые представлены в целом при адаптации детей к условиям Севера. К началу зимы, а также в весенний период имеет место разобщение роста и развития детей – снижение весовых и линейных размеров детей едва ли не во всех возрастных категориях и увеличение параметров развития, в особенности тех систем, которые связаны с кислородообеспечивающей функцией организма. При этом происходит возрастание минутного объема кровообращения и минутного объема дыхания в целом на 20–30 % [Кононов А.С., 1972; Авцын А. П., Марачев А. Г., 1975, и др.]. Время появления первых менструаций также существенно зависит от времени года. В зоне умеренного климата первая менструация чаще наступает в пределах от июня по сентябрь. В Заполярье данная тенденция еще более закрепляется как у коренного, так и у «пришлого» населения: первые менструации у женщин возникают именно в летние месяцы.

К зимнему периоду уменьшается количество эритроцитов, гемоглобина, увеличивается средняя концентрация гемоглобина в эритроцитах.

В летний период года у детей Заполярья количество витамина С в крови находится в пределах возрастной нормы (0,013 г/л), но к зиме содержание витамина С уменьшается (0,0054 г/л), особенно весной (0,0042 г/л). Весной и в начале лета, когда гиповитаминоз С особенно распространен у детей, могут отмечаться астенические явления – повышенная утомляемость, вялость, геморрагии. Содержание натрия в эритроцитах весной увеличено, а концентрация калия в плазме зимой существенно выше. Это свидетельствует о нарушении адаптивных реакций организма ребенка к экстремальным воздействиям. Вот почему особое внимание в питании детей дошкольного возраста Заполярья обращается на наличие в рационе свежих овощей (картофель, капуста, свекла). В целях восполнения недостающих в продуктах витаминов в течение круглого года проводится витаминизация 3-го блюда аскорбиновой кислотой из расчета 0,05 г на одного ребенка. Помимо этого, дети систематически получают и витамины группы В, витамин D [Сендек Г. В., 1970].

Таким образом, при адаптации детей к сниженной температуре среды, низкой общей и ультрафиолетовой освещенности, к гиподинамии, которые возникают именно в осенне-зимний период года, происходит снижение деятельности различных функциональных систем, в связи с чем увеличивается заболеваемость детей. Эти данные свидетельствуют о необходимости проведения закаливаний во все сезоны года, но в особенности систематически в осенне-зимний период.