ГоловнаЗворотній зв'язок
Главная->Фізиологія та анатомія->Содержание->Раздел ii ОРГАНИЗМ И СРЕДА

Возрастная физиология

Раздел ii ОРГАНИЗМ И СРЕДА

 

 

 

 

Глава 4. РОСТ И РАЗВИТИЕ

 

Соотношение процессов роста и развития

Определение понятий. Рост и развитие обычно употребляются как понятия тождественные, неразрывно связанные между собой. Между тем биологическая природа этих процессов различна, раз­личны их механизмы и последствия.

Рост — это количественное увеличение биомассы организма за счет увеличения геометрических размеров и массы отдельных сю клеток или увеличения числа клеток благодаря их делению.

Развитие — это качественные преобразования в многоклеточ­ном организме, которые протекают за счет дифференцированных процессов (увеличения разнообразия клеточных структур) и при­водят к качественным и количественным изменениям функций организма.

Взаимосвязь роста и развития проявляется, в частности, в том, что определенные стадии развития могут наступать только при до­стижении определенных размеров тела. Так, половое созревание у девочек может наступить только тогда, когда масса тела достигнет определенной величины (для представителей европейской расы это около 48 кг). Активные ростовые процессы также не могут продол­жаться на одной и той же стадии развития бесконечно.

Дифференцированные процессы, или дифференцировка, — это по­явление специализированных структур нового качества из мало специализированных клеток-предшественниц.

Смысл дифференцированных процессов. Наименее специализи­рованной можно считать зиготу — зародышевую клетку, образу­ющуюся в результате слияния материнской яйцеклетки с отцов­ским сперматозоидом. Генетический аппарат зиготы содержит полный двойной набор хромосом, и все дальнейшее развитие представляет собой активацию или репрессию той или иной час­ти генома, который от зародышевой клетки полностью и без из­менений передается всем ее потомкам в процессе каждого акта деления. Первые этапы развития зиготы представляют собой про­стое увеличение числа неотличимых друг от друга клеток — сна­чала зигота делится на 2, потом каждая из них еще на 2, т.е. обра­зуется 4 клетки, затем — 8, 16, 32 и т.д. Эти эмбриональные клет­ки называются бластомерами, они похожи, как две капли воды. Однако уже на стадии 32 бластомеров начинают выявляться неко­торые особенности отдельных клеток, связанные с их местополо­жением. По мере увеличения числа бластомеров эти различия все возрастают. Часть из этих клеток, образующих вместе сферу, уве­личивается в размере более, чем другие, и, наконец, наступает стадия гаструл я иии — впячивания более мелких клеток внутрь сферы с образованием внутренней (целомической) и внешней (гастральной) полостей. Организм приобретает совершенно но­вый вид удлиненной замкнутой с одного конца трубочки, резко отличающийся от недавней сферической формы. Клетки апикаль­ного и каудального концов начинают все сильнее различаться не только внешне, но и по своим свойствам: внутренним, метаболи­ческим. Более того, функции клеток наружного (эктодермально-го), внутреннего (энтодермального) и образовавшегося проме­жуточного (мезодермального) слоев гаструлы, а также роль этих клеток в дальнейшем развитии организма становятся различными. Так, эктодермальный слой клеток дает начало кожным покровам и нервной ткани. Мезодермальный слой служит прародителем всех мышц организма. Клетки энтодермы формируют в дальнейшем паренхиматозные органы (печень, почки, селезенка, железы внут­ренней секреции) и эпителий желудочно-кишечного тракта. Все эти сложнейшие преобразования, постепенно приводящие к фор­мированию совершенно не схожих между собой клеточных струк­тур и разных по форме и функции тканей, являются проявлением дифференцировочных процессов. Именно в этом и заключается развитие — от единственной зародышевой клетки до организма, насчитывающего миллионы клеток различной специализации.

Сроки развития и созревания детского организма. Долгое время существовало убеждение, что дифференцировочные процессы в основном заканчиваются во внутриутробном периоде, а даль­нейшее развитие связано преимущественно с особенностями роста отдельных органов. В последние десятилетия убедительно показано, что это не так: многие ткани организма продолжают развиваться, в том числе и путем дифференцировочных процес­сов, вплоть до завершения полового созревания. Особенно дли­телен период созревания возбудимых тканей — нервной и мы­шечной.

Количественные и качественные изменения в деятельности фи­зиологических систем. Ростовые процессы неминуемо приводят к изменениям объемных характеристик в деятельности практиче­ски всех физиологических систем организма. Так, совершенно оче­видно, что, для того чтобы сохранить потребный уровень снабже­ния тканей растущего организма кислородом и питательными веществами, при двукратном увеличении массы тела необходимо примерно такое же увеличение массы циркулирующей крови, размеров сердца, кроветворных органов и т.д. Те же пропорции складываются и в других функциональных системах. Но все это справедливо лишь в том случае, если принципы организации физиологического процесса не меняются. Если же допустить, что з кани претерпевают такие качественные изменения, которые по­зволяют им полнее экстрагировать кислород и питательные веще­ства из крови (что и происходит в действительности в процессе онтогенеза), то потребность в кровообращении в расчете на еди­ницу массы тела с возрастом будет снижаться.

Все физиологические функции так или иначе связаны с раз­мерами тела. Но при этом часть из них меняется в онтогенезе пропорционально изменениям массы тела, тогда как другие ме­няются пропорционально изменениям площади поверхности тела. Гели же в ходе развития та или иная функция демонстрирует непропорциональное массе или площади поверхности измене­ние, то это свидетельствует о качественном преобразовании ме­ханизмов реализации данной функции. Ростовые процессы ве­дут, как правило, к количественным, пропорциональным из­менениям. Дифференцировочные процессы могут приводить к появлению качественных, непропорциональных изменений в деятельности физиологических систем организма. На этом про­стом соображении основано широкое использование в возраст­ной физиологии относительных показателей, т.е. выражение ак­тивности той или иной физиологической функции по отноше­нию к массе тела или площади его поверхности. Этот прием позволяет наглядно увидеть и различить этапы количественного нарастания возможностей физиологических систем и этапы их качественных преобразований.

Энергетические затраты в процессе роста и развития. Широко распространено мнение о том, что процессы роста требуют боль­ших затрат энергии. С этим некоторые исследователи связывали по­вышенный уровень метаболизма в тканях детского организма. Од­нако точные измерения, проведенные в 1970—1980-е годы, пока­пали, что даже в период самого интенсивного роста на это расходуется не более 4—5% суточного потребления энергии. Та­ким образом, видимое глазу изменение размеров и пропорций тела на самом деле представляет собой достаточно легко (с точки зрения энергетики организма) реализуемый процесс. Совершен­но иначе обстоит дело с дифференцировочными процессами, оп­ределяющими динамику качественного развития организма. Ко­личество синтезов, которые протекают в процессе дифференци-ронок, возможно, не столь велико, но их энергетическая «цена» намного выше. Это связано с тем, что в процессе ростовых синте­зов используются уже готовые, отработанные пути метаболизма, тогда как дифференцировочные процессы требуют организации новых метаболических путей и широкого спектра ферментных систем, которые бывают необходимы только на узко очерченных стадиях процесса. Экспериментально показано, что в периоды, когда замедляется рост организма, а значит, активизируются диф­ференцировочные процессы, существенно повышается интенсив­ность основного обмена, т.е. тех энергозатрат, которые не связа­ны с реализацией каких-либо конкретных функций.

Понятие о «скачке роста». В тех случаях, когда во множестве различных тканей организма одновременно наблюдаются росто­вые процессы, отмечаются феномены так называемых «скачков роста». В первую очередь это проявляется в резком увеличении продольных размеров тела за счет увеличения длины туловища и конечностей. В постнатальном онтогенезе человека такие «скачки» наиболее ярко выражены в первый год жизни (1,5-кратное уве­личение длины и 3—4-кратное увеличение массы тела за год, рост преимущественно за счет удлинения туловища), в возрасте 5—6 лет (так называемый «полуростовый скачок», в результате которого ребенок достигает примерно 70 % длины тела взросло­го, рост преимущественно за счет удлинения конечностей), а также в 13—15 лет (пубертатный скачок роста как за счет удлинения туловища, так и за счет удлинения конечностей).

Впервые о скачке роста стало известно из исследований графа Ф. де Монбейяра, который в 1759—1777 гг. наблюдал за развитием своего сына, взвешивая его каждые полгода. Эти результаты были впервые опубликованы Бюффоном в приложении к его «Есте­ственной истории». На рис. 1 хорошо видно резкое увеличение

скорости роста в период от 12 до 16 лет (пубертатный ска­чок), а также видно замедле­ние снижения скорости росто­вых процессов в период от 6 до 8 лет (полуростовой скачок). В дальнейшем многочисленные исследователи подтвердили ре­альность этих двух узловых моментов в развитии, когда скорость роста увеличивается в противовес возрастной тенден­ции к ее снижению.

В результате каждого скачка роста существенно меняются пропорции тела, все более при-4       8       12      їв      ближаясь к взрослым. Кроме Возраст, лет   того, количественные измене-Рис. \. Изменение темпов роста     ния, выражающиеся в увели-

Чемии длины тела и изменении его пропорций, обязательно со­провождаются качественными изменениями функционирования важнейших физиологических систем, которые должны «настро­иться» на работу в условиях новой морфологической ситуации. Целый ряд качественных возрастных изменений функциониро­вания органов и систем является неизбежным следствием увели­чения размеров и изменений пропорций тела в онтогенезе: сло­жившаяся на предыдущем этапе онтогенеза организация функ­ции не способна обеспечить устойчивый процесс в новых условиях, поэтому требуется се более или менее существенная перестройка.

Чередование периодов роста и дифференцировки служит ес­тественным биологическим маркером этапов возрастного разви­тии, на каждом из которых организм имеет специфические осо-йсппости, никогда не встречающиеся в таком же сочетании на любом из других этапов. Отсюда вытекает необходимость всегда соотносить анализ состояния организма (как по морфологиче­ским признакам, так и по функциональным) с конкретным эта­пом возрастного развития. Иными словами, этапы онтогенеза — не абстракция, придуманная учеными для облегчения анализа, и совершенно реальная последовательность событий, неизменно повторяющаяся в процессе развития каждого индивидуума.

 

Темпы полового развития и биологически обусловленная продолжительность жизни

Существует множество научных и псевдонаучных учений о про­длении сроков жизни человека. Они исходят из того, что некото­рые представители вида Homo sapiens доживают в определенных условиях до 130—140 лет, сохраняя ясность мыслей и относитель­ную трудоспособность. По мнению ряда энтузиастов, человек, если Йы не был подвержен каким-то заболеваниям и порокам, мог бы жить до 200 и более лет. Надо признать, что, как ни привлека­тельны эти концепции, они нс основаны на современном науч­ном знании.

Для млекопитающих, к которым относится и человек, харак­терна такая закономерность: средняя продолжительность жизни примерно в 5 раз больше, чем возраст наступления половой зре­лости. По-видимому, это соотношение установилось в процессе естественного отбора как наиболее адекватное задачам по пуля-ционной репродукции. Для человека характерна эта же законо­мерность. При этом человек живет значительно (в 3—4 раза) доль­ше, чем животные, имеющие примерно такой же размер тела, — свинья, овца, коза, шимпанзе и др. Между тем биологически пред­определенный срок жизни самым тесным образом связан с раз­мерами животного: более мелкие, имеющие более интенсивный обмен веществ млекопитающие, живут значительно меньше (но при этом проживают примерно такое же «физиологическое вре­мя»). Исключения из этого правила составляют некоторые виды, обладающие относительно более крупным мозгом. Так, белка, имеющая те же размеры, что и крыса, живет в несколько раз дольше, при этом ее мозг в 1,5—2 раза крупнее, чем у крысы. Относительно более долгую жизнь имеют также некоторые коша­чьи, ведущие древесный образ жизни.

Мозг человека — выдающийся по своим размерам в животном царстве, намного превышающий по относительной массе и слож­ности организации мозг любого другого млекопитающего. Возмож­но, именно в особенностях строения и функции мозга кроется удивительное долголетие человека. Но при этом необходимо от­метить, что скорость развития и морфофункционального созре­вания у человека намного ниже, чем у млекопитающих такого же размера. Копытные животные, хищники и приматы, сходные раз­мером с человеком, достигают половой зрелости через 2—4 года после рождения, тогда как человеку на это требуется 13 — 17 лет. Отсюда следует, что естественный предел продолжительности жизни человека составляет примерно 16 х 5 = 80 лет. Всякий, кто живет дольше этого срока, с полным основанием может считать­ся долгожителем.

По-видимому, темп развития и темп старения тесно связаны между собой. Замедленный темп развития позволяет человеку на­брать огромный личный и социальный опыт, заполнить мозг ко­лоссальным объемом информации и выработать социально адек­ватные формы взаимодействия представителей разных поколений. Даже в сложноорганизованных группах животных (например, при­матов) нет ничего подобного. У человека сильно растянуто дет­ство и пропорционально удлинена наиболее активная фаза жизни. Биологическая плата за это — долгое старение, но процесс мор­фофункционального увядания в какой-то мере компенсирован той социальной ролью, которую мудрость старости играет в развитом обществе.

Следует подчеркнуть, что все приведенные выше рассуждения имеют смысл только на популяционном уровне и никак не отно­сятся к индивидуальным особенностям темпов биологического созревания. Специальные исследования не выявили значимых кор­реляций между скоростью полового созревания и временем жиз­ни у отдельных людей. Жители южных стран обычно достигают половой зрелости на 1—2 года раньше, чем северяне, но это не значит, что они живут на 5—10 лет меньше. В индивидуальном плане на продолжительность жизни влияет такое количество раз­нообразных факторов, что подобные прямые толкования обще­биологических закономерностей недопустимы.

 

14