Фактори та основні закономірності

РОСТУ ТА РОЗВИТКУ ОРГАНІЗМУ

Організм людини – єдине ціле. Організм людини складається з клітин, що утворюють тканини, з яких побудовані органи. Злагоджену роботу організму забезпечує тісний взаємозв’язок його органів. Органи, що виконують пов’язані між собою функції, складають фізіологічну систему органів. Система органів – це анатомічні та функціональні об’єднання кількох органів, які беруть участь у виконанні якого-небудь складного акту діяльності. Наприклад, ротова порожнина, глотка, стравохід, шлунок, кишечник, печінка, підшлункова залоза входять до складу травної системи. За своїм функціональним призначенням в організмі людини розрізняють дихальну, кровоносну, травну, опорно-рухову, статеву, нервову, видільну, ендокринну та сенсорні системи.

Найбільше значення має нервова система, яка об’єднує і регулює діяльність всього організму та визначає його поведінку у зовнішньому середовищі.

Нерідко дві або кілька систем органів називають апаратом. Наприклад, скелетна і м’язова система становлять опорно-руховий апарат.

В організмі людини є і так звані функціональні системи – сталі або тимчасові об’єднання систем органів з метою виконання певної функції. Наприклад, дихальна і кровоносна системи об’єднуються в єдину функціональну, щоб забезпечити весь організм киснем. Так само функціонально об’єднуються між собою травна і кровоносна системи – з травних шляхів поживні речовини розносяться кров’ю по організму і живлять усі клітини та тканини.

Постійні анатомічний і функціональний взаємозв’язки і „співпраця” різних клітин, тканин, органів і систем органів створюють надзвичайно складну, унікальну систему – організм людини.

Організм – це самостійно існуюча одиниця органічного світу, що є саморегулюючою системою і реагує як єдине ціле на різноманітні зміни зовнішнього середовища.

Організм як саморегулююча система. Організм людини побудований з клітин, з яких складаються ткани­ни і органи. Діяльність кожного органу й організму, в цілому, залежить від діяльності органів дихання, травлення, кровообігу, виділення, які забезпечують нормальний перебіг процесів обміну речовин. Взаємний зв’язок між органами і системами органів здійснюється в організмі через нервову і гуморальну системи.

Основною функцією живого організму є обмін речовин і енергії, що є єдністю двох протилежних процесів: асиміляції та дисиміляції.

Асиміляція – це зміни і засвоєння речовин, що надходять в організм із зовнішнього середовища, утворення складних хімічних сполук із простіших, творення, синтез речовин, необхідних для живого організму. Дисиміляція – це розпад, розщеплення складних органічних сполук на простіші речовини із вивільненням енергії. Частина більш простих речовин, які утворюються в процесі дисиміляції, використовується в процесах синтезу, кінцеві продукти обміну речовин виводяться з організму.

Будь-якому організмові потрібні певні умови існування, до яких у нього виробляється пристосування в процесі розвитку. Середовищем існування для клітин організму є внутрішнє середовище (кров, лімфа, тканинна рідина).

Склад і властивості внутрішнього середовища підтримуються на відносно постійному рівні, що створює умови для життєдіяльності всього організму. Сталість хімічного складу і фізико-хімічних властивостей внутрішнього середовища організму називають гомеостазом (У. Кеннон, 1932 р.). Гомеостаз підтримується безперервною роботою систем органів кровообігу, дихання, травлення, виділення тощо, надходженням у кров біологічно активних хімічних речовин, які забезпечують взаємодію клітин і органів. Забезпечують гомеостаз переважно дві системи – нервова та ендокринна, які разом складають нейрогуморальну систему регуляції функцій організму.

Завдяки цьому в організмі відбувається саморегуляція фізіологічних функцій, що підтримує необхідні для організму умови існування.

Саморегуляція – універсальна властивість організму, яка включається тоді, коли виникає відхилення від певного постійного рівня будь-якого життєво важливого фактора зовнішнього чи внутрішнього середовища. Наприклад, рівень глюкози в крові може зменшуватися через недостатнє надходження її з їжею або внаслідок витрат при інтенсивній роботі. Зниження кількості глюкози в крові, незалежно від того, зовнішньою чи внутрішньою причиною воно викликане, запускає фізіологічні механізми, що підвищують її рівень. Таким чином, зміни стану системи спричиняють реакції, які відновлюють норму. Відхилення регульованого параметра в інший бік – збільшення кількості глюкози – призводить до включення механізмів, що зменшать її рівень.

Звичайно, саморегуляція можлива лише за певних зовнішніх умов. Так, при недостатньому надходженні їжі в організмі розщеплюються запасні поживні речовини, наприклад, глікоген. Якщо ж усі внутрішні джерела глюкози будуть вичерпані, а їжа ззовні не надходитиме, організм може загинути.

Регуляція функцій в організмі. В організмі людини (як у будь-якому складному організмі) всі органи, тканини та клітини пов’язані в єдине ціле.

Філогенетично більш давньою формою зв’язку є гуморальний. У різних клітинах організму в процесі обміну речовин утворюються хімічні сполуки. Деякі з цих сполук мають високу біологічну активність, наприклад, гормони. Потрапляючи в кров, вони розносяться нею по всьому організму і впливають на діяльність інших клітини, тканини, органів. Так здійснюється взаємодія між клітинами й окремими органами, забезпечується діяльність організму як єдиного цілого.

З розвитком і ускладненням організму в здійсненні взаємозв’язку між окремими його частинами і в забезпеченні всієї його діяльності першорядну роль починає відігравати нервова система, яка формується.

Нервова система об’єднує та зв’язує всі клітини і органи в єдине ціле, змінює та регулює їхню діяльність, здійснює зв’язок організму з навколишнім середовищем. Центральна нервова система й її провідний відділ – кора великого мозку – досить тонко і точно. сприймаючи зміни навколишнього середовища, а також внутрішнього стану організму, своєю діяльністю забезпечують розвиток і пристосування організму до мінливих умов існування.

Нервовий і гуморальний механізм регуляції взаємопов’язані. Активні хімічні речовини, які утворюються в організмі, здатні впливати на нервові клітини, змінюючи їхній функціональний стан. Утворення і надходження в кров багатьох активних хімічних речовин перебуває в свою чергу під регулюючим впливом нервової системи. Нервова система впливає на функції ряду органів не тільки через нервові імпульси, які надходять до органів по нервових провідних шляхах, а й за допомогою хімічних речовин, що утворюються в клітинах організму, надходять у кров під впливом нервової системи. У зв’язку з цим правильніше говорити про єдину нервово-гуморальну систему регуляції функцій організму.

Поняття про ріст і розвиток дитячого організму. Впродовж життя в організмі людини безперервно відбуваються процеси росту і розвитку.

Ріст –збільшення розмірів організму людини або окремих його частин і органів унаслідок збільшення кількості клітин шляхом поділу, їх лінійного розтягування та внутрішньої диференціації.

Розвиток – якісні зміни, що приводять до формування людського організму або його різних частин і органів. Розвиток у широкому розумінні – це процес кількісних і якісних змін, що відбуваються в організмі людини, і які призводять до підвищення рівнів складності організації і взаємодії усіх його систем. Розвиток включає в себе три основних фактори: ріст, диференціювання органів і тканин, формоутворення, які знаходяться між собою в тісному взаємозв’язку та взаємозалежності.

Під час росту збільшується кількість клітин, маса тіла та антропометричні показники. В одних органах (наприклад, кістки, легені) ріст відбувається переважно за рахунок збільшення кількості клітин, а в інших (м’язи, нервова тканина) – переважають процеси гіпертрофії (збільшення розмірів) самих клітин.

Паралельно з ростом відбувається розвиток організму, тобто морфологічна диференціація і функціональна спеціалізація певних тканин і частин тіла. Цей якісний фактор визначається змінами структури, складу і функцій організму, змінюється нерівномірно до формування дитини як дорослого індивіду.

Ріст – це збільшення загальної маси у процесі розвитку, яка призводить до постійного збільшення розмірів організму.

Ріст забезпечується наступними механізмами: 1) збільшення розмірів клітини; 2) зростанням числа клітин; 3) накопиченням неклітинної речовини, продуктів життєдіяльності клітин.

Ріст відбувається на рівні клітин, тканин, органів та цілого організму, що і віддзеркалюється збільшенням маси індивідууму.

Розрізняють два типи росту: обмежений і необмежений. Необмежений ріст триває впродовж усього періоду онтогенезу аж до смерті (наприклад, у риб). При обмеженому рості ріст відбувається лише в певні періоди онтогенезу, а згодом уповільнюється та гальмується.

Однією з важливих характеристик росту є його диференційованість, тобто швидкість росту неоднакова в різних ділянках організму і на різних стадіях розвитку.

Швидкість загального росту людського організму також залежить від стадії розвитку, що призводить до певної диспропорційності на ранніх етапах онтогенезу. Максимальна швидкість характерна для перших чотирьох місяців ембріонального розвитку, що пояснюється інтенсивним поділом клітин. У міру росту плоду кількість мітозів зменшується у всіх тканинах і після шести місяців внутріутробного розвитку майже не утворюються нові м’язи та нервові клітини.

Регуляція росту складна: важливе значення мають генетична конструкція і фактори зовнішнього середовища.

Індивідуальні відмінності у процесі росту і розвитку можуть варіювати в широких межах. Існування індивідуальних коливань процесів росту і розвитку стало основою для введення такого поняття, як біологічний вік, або вік розвитку (на відміну від паспортного віку).

Фактори, що впливають на індивідуальний розвиток (онтогенез), розділяються на спадкові (ендогенні) та фактори середовища (екзогенні, або фактори зовнішнього середовища, в основному, соціально-економічні). Розмежувати їх досить важко, тому що вони взаємодіють у єдиному комплексі.

Серед розмірів тіла виділяють тотальні і парціальні. Тотальні (загальні) розміри – основні показники фізичного розвитку людини. До них відноситься довжина і маса тіла, окружність грудей. Парціальні (часткові) розміри тіла є складовими тотального розміру і характеризують величину окремих частин тіла.

Пропорції тіла людини вираховуються у відсотках за даними вимірами повздовжніх та поперечних розмірів між крайніми точками, що встановлені на різних виступах скелету. Гармонійність пропорції тіла є одним із критеріїв при оцінці стану здоров’я людини. При диспропорції в будові тіла можна припускати порушення ростових процесів та його причини (ендокринні, хромосомні). На основі вираховування пропорцій тіла та анатомії виділяють три основні типи тілобудови людини: мезоморфний, брахіморфний, доліхоморфний.

До мезоморфного типу (нормостеніки) відносяться люди, анатомічні особливості яких наближаються до усереднених параметрів норми (з урахуванням віку, статі і т.п.). У людей брахіморфного типу тілобудови (гіперстеніки) переважають поперечні розміри, добре розвинута мускулатура, не дуже високий зріст. Серце розташоване поперечно завдяки високо розташованій діафрагмі. У гіперстеніків легені більш короткі і ширші, петлі тонкої кишки розташовані переважно горизонтально. Особи доліхоморфного типу (астеніки) відрізняються перевагою повздовжніх розмірів, мають відносно довші кінцівки, слабо розвинуті м’язи і тонкий прошарок жиру, вузькі кістки. Діафрагма розташована нижче, тому легені довші, а серце розташоване майже вертикально.

Період дозрівання забезпечує, під дією зазначених факторів, формування визначеної конституції людини. Конституція – комплексна біологічна характеристика людини, варіант адаптивної норми, що відображає резистентність організму до факторів середовища. Конституцію складають найважливіші параметри статури, фізіологічні і психофізіологічні показники.

Гетерохронність та гармонійність розвитку. Ріст і розвиток організму включають процеси, протягом яких із заплідненої яйцеклітини розвивається індивідуум. У цей час значна частина фізіологічних показників наближається до рівня, характерного для дорослої людини. Так, наприклад, підвищується активність травних ферментів, удосконалюються органи чуття та нервова система, розвиваються захисні механізми проти інфекції та ін.

Важливою ознакою перетворювальних процесів є виникнення високої чутливості до певних умов середовища – сенситивний період. Це пов’язано з тим, що для швидкого розвитку функції їй необхідний притік адекватної сенсорної інформації. Відсутність або дефіцит її може виявитися фатальною для становлення функції.

Вивчення вікової динаміки розвитку окремих органів і тканин до народження лягло в основу уявлень про органогенез і гістогенез – вчення про послідовний розвиток органів і тканин (серця, судин, скелетної і гладенької мускулатури й ін.). На певному історичному етапі такий підхід до вивчення людини зіграв свою позитивну роль і дозволив встановити закономірності розвитку органів і тканин в процесі онтогенезу. Проте, вивчення формування функцій в цілому організмі з урахуванням рівня дозрівання органів і систем, а також їх взаємного впливу і взаємодії для досягнення загального позитивного для організму результату стало можливим лише при створенні П.К. Анохіним теорії системогенезу (1968).

Згідно концепції системогенезу, в основі індивідуального розвитку організму лежать декілька визначальних принципів. Основним у класичному системогенезі є принцип гетерохронії, або неодночасного дозрівання не тільки органів, але і різних фрагментів одного і того ж органу.

Розвиток організму, його органів і систем з моменту народження до настання зрілості протікає гетерохронно, тобто нерівномірно: періоди прискорення росту та розвитку чергуються з їх сповільненням. Швидше ростуть і розвиваються ті органи або системи органів, функціонування яких життєво необхідні для існування організму на даному етапі розвитку. Так, у новонародженого до моменту народження сформована система живлення рідкою їжею (молоком). Показано, що першими дозрівають м’язи обличчя, що забезпечують акт смоктання, і відповідні їм ділянки ядер черепно-мозкових нервів. Коловий м’яз рота іннервується прискорено і задовго до того, як будуть іннервовані інші м’язи обличчя. Прискореного розвитку зазнає не тільки коловий м’яз рота, а й інші м’язи і ті структури центральної нервової системи, які забезпечують акт смоктання. В той же час розвиток функціональних систем, в яких на даний момент життя не має необхідності, затримується: наприклад, розвиток функціональної системи живлення твердою їжею. Таким чином, у процесі росту і розвитку фізіологічні функції адаптуються до особливостей існування організму, тобто відбувається його індивідуальна адаптація до умов навколишнього середовища.

Найдетальніше за показниками гетерохронії вивчені структури центральної нервової системи. Так, показано, що першими в ембріогенезі дозрівають нервові клітини стовбурової частини мозку, що забезпечують формування самостійної функціональної системи живлення і дихання плоду.

Функціональні системи дозрівають нерівномірно, включаються поетапно, змінюються, забезпечуючи організму пристосування в різні періоди онтогенетичного розвитку.

Структури, які в сукупності повинні становити до моменту народження функціональну систему, закладаються і дозрівають вибірково і прискорено. З усіх нервів руки насамперед і найповніше розвиваються ті, що забезпечують скорочення м’язів – згиначів пальців, які беруть участь у виконанні хватального рефлексу. Такий вибірковий і прискорений розвиток морфологічних утворень, які становлять повноцінну функціональну систему, що забезпечує новонародженому виживання, називається системогенезом.

Гетерохронний розвиток можна прослідкувати на прикладі дозрівання функціональної системи живлення і хапальної реакції новонароджених. До моменту народження нервові клітини спинного, довгастого і середнього мозку, а також м’язи, пов’язані із смоктанням і хапанням, дозрівають раніше і синхронно, не дивлячись на топографічну віддаленість один від одного.

Онтогенетична гетерохронія закладки і розвитку окремих елементів однієї системи або різних функціональних систем є результат філогенетичної гетерохронії. Під впливом природного добору еволюційно молодша функція, що краще забезпечує пристосованість організму до умов середовища і його виживання від покоління до покоління, починає розвиватися швидше. Загальна закономірність гетерохронії розвитку як в онтогенезі, так і у філогенезі полягає у тому, що в коротші терміни дозрівають функціональні системи, що найбільш значимі для виживання організму на певній стадії його розвитку.

Гетерохронність розвитку не заперечує його гармонійність, оскільки неодночасне дозрівання морфофункціональних систем організму дитини забезпечує їй необхідну їх рухливість, надійність функціонування цілісного організму й оптимальної (гармонійної) взаємодії з ускладненими в процесі розвитку умов зовнішнього середовища.

Отже, гармонійність розвитку характеризується тим, що на кожному віковому етапі онтогенезу функціональні можливості організму дітей та підлітків відповідають тим вимогам, які ставляться до них з боку довкілля.

При використовуванні закономірностей системогенезу у віковій фізіології вагоме значення має концепція переходу локальної реакції плоду людини в більш загальні в процесі онтогенезу, що запропонована А.А. Волоховим (1968). Так, локальні реакції, що спостерігались в пренатальний період, є „вправами” елементів майбутньої функції. Прикладом можуть бути ранні локальні скорочення м’язів плоду до того, як вони почнуть підтримувати позу і забезпечувати рухи. Такі скорочення покращують кровообіг, сприяють надходженню кисню в тканини і видаленню продуктів метаболізму і в той же час стимулюють розвиток м’язового апарату.

В основу вікової концепції І. А. Аршавського (1982) закладено уявлення про загальний енергетичний баланс організму і його стан, рівноважний з середовищем. Основна функція організму – накопичити та втримати енергію, протистояти „витоку“ енергетичних ресурсів організму при м’язовій активності. Це явище має місце не тільки в період раннього онтогенезу, але і при старінні. Чим досконаліший енергетичний баланс, тим краще врівноважені анаболічні та катаболічні процеси, тим менше організм піддається надлишковому катаболізму (і як його результат – окисленню) і тим триваліше його існування. Особливості енергетичних процесів у різні вікові періоди, а також зміна і перетворення діяльності дихальної та серцево-судинної системи в процесі онтогенезу перебувають у залежності від відповідного розвитку скелетної мускулатури.

Відхилення в розвитку певної функціональної системи, що призводять до патології, можуть бути компенсовані при її вправлянні (А.О. Бадалян, 1981 р.) Об’єктивною закономірністю розвитку дитячого організму є відносна незрілість деяких функціональних систем, які можуть піддаватися перенапруженню у зв’язку з їх формуванням за принципом мінімального забезпечення. Корекція вад розвитку виявляється найуспішнішою, якщо вона проводиться максимально рано, з урахуванням терміну включення органу в системну організацію функцій.

Великий внесок у розуміння можливостей організму, що росте, внесла концепція надійності біологічної системи, висунута А.А. Маркосяном (1974). Під надійністю біологічної системи розуміють такий рівень регулювання процесів в організмі, коли забезпечується оптимальний перебіг з його екстреною мобілізацією резервних можливостей і взаємозамінності, яка гарантує пристосування до нових умов, і з швидким поверненням до початкового стану.

Надійність біологічних систем пов’язана з розвитком регулювання і залученням тих елементів фізіологічного процесу, які здатні забезпечити оптимальну діяльність організму і його систем. Одним з механізмів створення надійності вважається надмірність структур і функцій. Приведемо декілька прикладів: у період внутріутробного розвитку в яєчниках закладається від 4000 до 200000 первинних фолікулів, а за весь репродуктивний період у жінки дозріває всього 500–600 фолікулів. Інший приклад надмірної функції: частота серцевих скорочень при крику дитини рівна 200 уд./хв. і відповідає роботі серця дорослого спортсмена при максимальних м’язових навантаженнях. У крові людини міститься стільки тромбіну (ферменту, що бере участь у зсіданні крові), що його досить для зсідання крові у 500 людей. Стегнова кістка витримує розтягнення в 1500 кг, а велика гомілкова кістка не ламається під масою 1650 кг, що в 30 разів перевищує звичайне навантаження. Велику кількість нервових клітин розглядають як один із можливих факторів надійності нервової системи та ін.

Надмірність структури і функції можна бачити на всіх рівнях організації – від молекулярного до системного, що свідчить про великі резервні можливості організму.

Таким чином, живий організм – це найбільш складне явище природи. Як біологічна система, він відображає в собі діалектичну й біологічну двоїстість: граничну цілісність, автономію в навколишньому світі й у той же час нерозривний, постійний зв’язок із ним, без якого не можливе самооновлення всього живого. Регулюють життєві функції організму людини у цілому, а також окремих його органів та систем, узгоджують їхню діяльність, підтри­мують сталість внутрішнього середовища нервова, імунна системи, а також система залоз внутрішньої секреції (ендокринна). Ці системи тісно взаємопов’язані між собою і впливають на діяльність одна одної. Завдяки цьому в організмі відбувається саморегуляція фізіологічних функцій, що підтримує необхідні для організму умови існування. У процесі росту і розвитку фізіологічні функції адаптуються до особливостей існування організму, тобто відбувається його індивідуальна адаптація до умов навколишнього середовища.

Питання для самоконтролю:

1. Предмет вікової фізіології, зв’язок з іншими біологічними дисциплінами. Методи вивчення вікової фізіології. Історія розвитку вікової фізіології.

2. Поняття про організм. Регуляція функцій в організмі.

3. Поняття про ріст і розвиток.

4. Гетерохронність та гармонійність розвитку.

5. Принцип системогенезу та випереджаючого розвитку органів та функціональних систем у дітей та підлітків.

Література для поглибленого вивчення:

1. Ермолаев Ю.А. Возрастная физиология. М.: Высшая школа, 1985. - 384 с.

2. Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Анатомия и физиология детского организма: (Основы учения о клетке и развитии организма, нервная система, опорно-двигат. аппарат): Учеб. для студентов пед. ин-тов по спец. № 2111 «Педагогика и психология (дошк.)». – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1986. – 287 с.: ил.

3. Любимова З.В. и др. Возрастная физиология. В 2 ч. Ч. 1: Учебник / З.В. Любимова, Н.В. Маринова, А.А. Никитина. – М.: ВЛАДОС, 2004. - 304 с.

4. Маруненко І.М., Неведомська Є.О., Бобрицька В.І. Анатомія і вікова фізіологія з основами шкільної гігієни: Курс лекцій для студентів небіологічних спеціальностей вищих педагогічних навчальних закладів. – К.: Професіонал, 2004. – 480 с.

5. Медична біологія / За ред.. В.П. Пішака, Ю.І. Мажори. Підручник. – Вінниця: НОВА КНИГА, 2004. – 656 с.: іл. ISBN 966-7890-35-X.

6. Тарасюк В.С., Титаренко Г.Г., Паламар І.В., Титаренко Н.В. Ріст і розвиток людини / За редакцією професора В.С. Тарасюка. – Київ.: Здоров’я. – 2002. – 456 с.

7. Филатова С.А., Безденежная Л.П., Андреева Л.С. Геронтология. – Ростов Н/Д: Феникс, 2004. – 512 с. (Серия “СПО„).