Возрастная морфология. Часть I

Самусев Р. П., Зубарева Е. В., Елена Рудаскова

Возрастная морфология. Часть I

ПРЕДИСЛОВИЕ

В соответствии с новыми Федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования третьего поколения, возрастная морфология является обязательной учебной дисциплиной для всех вузов физкультурного профиля.

Введение нового курса возрастной морфологии в учебные планы спортивных вузов является объективной необходимостью, вытекающей из главной цели обучения в них – подготовки квалифицированных, профессиональных кадров в области физической культуры и спорта.

Данная дисциплина знакомит будущих преподавателей физической культуры, тренеров и организаторов оздоровительной физической культуры с особенностями строения организма человека и его функциональными возможностями в разные возрастные периоды, что необходимо учитывать при дозировании физических нагрузок в процессе работы с разным возрастным контингентом.

Настоящее учебное пособие посвящено вопросам общего раздела дисциплины «Возрастная морфология». В ней содержатся сведения о биологическом возрасте, акселерации и ретардации развития, внутриутробном развитии, особенностях постнатального онтогенеза, а также процессах, происходящих в клетках и тканях при старении организма. Поскольку пособие предназначено для студентов вузов физкультурного профиля, авторы уделили особое внимание воздействию спортивных нагрузок на развивающийся организм в процессе раннего постнатального онтогенеза, в зрелом возрасте и при его старении.

В конце каждой главы имеются контрольные вопросы для самостоятельной подготовки студентов к занятиям и зачетам.

Пособие адресовано студентам вузов физкультурного профиля, а также учащимся школ олимпийского резерва. Оно будет полезно и тренерам, занимающимся с молодежью, в группах здоровья для взрослых, а также при работе в группах детей с ограниченными возможностями.

Глава 1.

ВВЕДЕНИЕ В ВОЗРАСТНУЮ МОРФОЛОГИЮ

Цель, задачи и методы возрастной морфологии

Возрастная морфология – это наука, которая изучает особенности структурных изменений и закономерности формирования организма в процессе индивидуального развития (онтогенеза).

Ее нередко считают составной частью таких наук как ауксология – наука о росте, развитии и старении организма, и антропология – наука о происхождении и эволюции человека. В то же время возрастная морфология тесно связана с такими науками как анатомия, биология, физиология, биохимия, эмбриология и является необходимой научной базой для таких дисциплин как теория и методика физического воспитания, педагогика, педиатрия, гигиена и спортивная медицина.

Возрастная морфология тесно связана с возрастной физиологией – наукой, изучающей возрастную перестройку функций органов и систем, механизмов физиологических процессов. Так же возрастная морфология тесно связана с такими биологическими науками как генетика и экология человека.

Целью данного предмета является вооружение будущих специалистов в области физической культуры и спорта знаниями о взаимосвязи между особенностями морфологического строения тела человека в разные возрастные периоды с его функциональными возможностями.

Задачи возрастной морфологии

В числе основных задач курса возрастной морфологии выделяют следующие:

1. Выяснение общих закономерностей и частных проявлений процессов роста и развития организма в связи с особенностями влияния наследственности и внешней среды.

2. Установление наиболее благоприятных (критических, сенситивных) периодов для направленных педагогических воздействий и эффективного формирования тех или иных качеств организма.

3. Определение наиболее информативных морфологических показателей биологического возраста человека.

4. Подразделение хода индивидуального развития организма на ряд периодов по принципу внутригрупповой однородности показателей биологического возраста и отличий одного периода от другого (возрастная периодизация).

5. Изучение тенденций роста и развития, характерных для определенной исторической эпохи.

6. Разработка нормативных значений размеров тела для оценки физического развития человека.

7. Выяснение отличий роста и развития детей разных соматотипов.

Методы возрастной морфологии

Для решения поставленных задач возрастная морфология использует ряд методов.

1. Метод антропометрии.

С помощью измерительных приборов производят измерение размеров тела и его частей (продольных, поперечных, обхватных, толстотных, весовых); оценивают пропорции тела, состав массы тела, типы конституций.

По способу подбора испытуемых выделяют два варианта исследования:

• генерализующее исследование (поперечное сечение популяции) – его применяют для одномомикроскопия ментного обследования групп людей разного возраста. В дальнейшем они делятся на возрастные группы, результаты измерений математически обрабатываются и для каждой возрастной группы вычисляются средние статистические показатели.

Метод используется для получения возрастно-половых стандартов и оценочных таблиц для различных возрастных групп.

• индивидуализирующее исследование (продольный срез) – измерения проводят у одних и тех же групп людей в динамике лет. Данные сопоставляются и на их основании можно установить динамику роста и развития в пределах одного поколения, дают более объективную оценку возрастных изменений.

• продольно-поперечное (смешанное) исследование – является дополнением индивидуализирующего исследования в случае, если проведение измерений сильно растянуто по времени и часть обследованных по тем или иным причинам выбывает их исследования (смена места жительства, болезнь и т.п.). В таких случаях обследуемая группа дополняется новыми испытуемыми того же возраста.

2. Метод антропоскопии (описательный метод).

Он является описательным методом, с помощью которого визуально оценивают в условных единицах (баллах) с применением специально разработанных шкал и нормативных таблиц. Данный метод широко применяется для оценки признаков зубного возраста, полового развития и других показателей биологического возраста человека.

3. Метод микроскопии.

Методы гистологического и гистохимического исследования микроструктур с помощью световой и электронной микроскопии.

Современные гистологические методы исследования позволяют изучать как живые так и фиксированные структуры. Данный метод включает в себя приготовление гистологических препаратов с последующим их изучением с помощью светового или электронного микроскопа. Гистологические препараты представляют собой мазки, отпечатки органов, тонкие срезы кусочков органов, часто окрашенные специальным красителем, помещенные на предметное стекло микроскопа, заключенные в консервирующую среду и покрытые покровным стеклом. Толщина срезов для световой микроскопии обычно не превышает 4-5 мкм, для электронной – 50 нм.

Гистохимический метод относится к методам качественного анализа гистологических структур. В основе этого метода лежит применение химических реакций для выявления в структурах аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, различных видов углеводов, липидов, ферментов и др. Зная характер распределения химических веществ в клетках, тканях и органах в норме и при различных воздействиях на организм, можно судить о функциональном значении данных структур и направленности обменных процессов в них.

4. Метод гониометрии (измерение подвижности в суставах) – оценивается возрастная динамика подвижности в суставах.

5. Метод динамометрии (измерение силы мышечных групп) – измерение мышечной силы на разных этапах развития организма.

Классификация возрастной морфологии

Возрастная морфология подразделяется на 2 раздела – общая и частная.

Общая возрастная морфология – изучает закономерности роста и развития организма в целом, роль наследственности и среды в осуществлении этих процессов. Она исследует наиболее интегральные критерии биологического возраста – антропометрические, костные, зубные и признаки полового созревания. На основании этих критериев создаются схемы возрастной периодизации. Общий раздел возрастной морфологии рассматривает вопросы показателей биологического возраста, акселерации и ретардации, возрастные особенности строения клеток и тканей организма, морфологию стареющей клетки, основных тканей и организма в целом.

Частная возрастная морфология изучает возрастные особенности, как отдельных органов человека, так и систем организма в целом; определяет на системном, органном, тканевом и клеточном уровнях показатели биологического возраста, имеющие информативность, и использует их для внесения уточнений в возрастную периодизацию.

Основные закономерности роста и развития организма

Рост и развитие организмов – сложные явления, результаты многих метаболических процессов и размножения клеток, увеличения их размеров, процессов дифференцировки, формообразования и т. д.

Рост и развитие обычно употребляются как понятия тождественные, неразрывно связанные между собой. Взаимосвязь роста и развития проявляется, в частности, в том, что определенные стадии развития могут наступать только при достижении определенных размеров тела. Между тем их биологическая природа, механизмы действия и последствия их процессов различны.

Рост – это количественное увеличение массы органов и организма в целом за счет увеличения размеров и массы отдельных его клеток или увеличения числа клеток благодаря их делению.

Развитие – это качественные преобразования в многоклеточном организме, которые протекают за счет дифференцировки процессов (увеличения разнообразия клеточных структур) и приводят к качественным изменениям функций организма и повышению сложности организации живой системы.

Факторы роста и развития. К возрастным показателям роста и развития относятся как врожденные, так и приобретенные признаки, так как с одной стороны они определяются наследственностью – генотипом, а с другой стороны, влиянием внешней среды.

1. Наследственные (генетические) – носят обязательный характер, без их воздействия развитие невозможно,

2. Средовые (паратипические) – носят случайный характер, они либо способствуют реализации генетической программы, либо тормозят ее раскрытие. Они бывают:

а) абиотические (температура, свет, влажность, атмосферное давление, радиация, электромагнитный фон, динамика солнечной активности и др.). На рост и развитие детей влияют время года, климат, географические условия.

б) биотические (источники воды и пищи, перенесенные заболевания и пр.).

в) социальные факторы (жилище, бытовые и гигиенические условия, трудовая деятельность, физические упражнения, подвижные и спортивные игры, взаимоотношения между членами сообщества, популяции и т.д.).

Доля влияния генетических и средовых факторов на протяжении периода роста и развития не постоянна и варьирует от признака к признаку.

Основные закономерности развития организма

Онтогенетическое развитие человека можно охарактеризовать рядом общих особенностей. К таковым относят:

– Непрерывность – рост отдельных органов и систем организма человека не бесконечен, он идет по так называемому ограниченному типу. Конечные величины каждого признака обусловлены генетически, то есть существует норма реакции. Но наш организм представляет собой открытую биологическую систему – это субъект постоянного непрерывного развития на протяжении всей жизни. Нет ни одного параметра (и не только биологического), который не находился бы на протяжении жизни в развитии или изменении.

– Постепенность выражается в прохождении последовательных стадий развития, ни одна из которых не может быть пропущена.

– Необратимость процесса развития означает, что периоды, или этапы, роста идут последовательно один за другим. Пропустить какой- либо из этих этапов невозможно, так же как и нельзя вернуться к тем особенностям строения, которые уже проявлялись на предыдущих стадиях.

– Цикличность – хотя онтогенез является процессом непрерывным, темпы развития (скорости изменений признаков) могут существенно отличаться во времени. У человека существуют периоды активизации и замедления процесса роста в определенные периоды. Например, повышенные темпы роста отмечаются до рождения, в первые месяцы жизни, в возрасте 6-7 лет (полуростовой скачок) и в 11-14 лет (ростовой скачок). Существует также цикличность, связанная с сезонами года (например, увеличение длины тела происходит в основном в летние месяцы, а увеличение веса – осенью), а также – суточная (например, наибольшая активность роста приходится на ночные часы, когда наиболее активна секреция гормона роста и др.).

– Гетерохрония, или разновременность (основа аллометричности), проявляется разновременным ростом и созреванием отдельных систем организма и различных признаков. Отдельные органы и их системы растут и развиваются не одновременно, одни функции развиваются раньше, а другие позднее. Естественно, что на первых этапах онтогенеза созревают наиболее важные, жизненно необходимые системы, например головной мозг, который к 6-7 годам достигает «взрослых» значений.

– Эндогенность развития определяется генетическими регуляторными механизмами, которые влияют на процессы роста, развития и старения. Воздействия средовых факторов на генетические детерминанты программы развития может ускорить или замедлить данные процессы. Если при этом они выйдут за границы нормы реакции, которые определяются наследственностью, могут возникнуть патологические отклонения. В этой регуляции существенная доля относится к собственно генетическому контролю, реализованному на уровне организма благодаря взаимодействию нервной и эндокринной систем (нейроэндокринная регуляция).

Вопросы для самоконтроля

1. Что изучает возрастная морфология?

2. Какие задачи решает возрастная морфология?

3. Какие методы используются в возрастной морфологии?

4. Классификация возрастной морфологии.

5. Что изучает общая возрастная морфология?

6. Что изучает частная возрастная морфология?

7. Дайте определение роста и развития человека.

8. Каковы факторы роста и развития?

9. Что относят к генетическим факторам роста и развития?

10. Что относят к средовым факторам роста и развития?

11. Каковы основные закономерности развития?

Глава 2.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВОЗРАСТ

Понятие о паспортном и биологическом возрасте

Индивидуальные различия в процессе роста и развития могут варьировать в широких пределах. Существование индивидуальных колебаний процессов роста и развития послужило основанием для введения такого понятия, как биологический возраст, или возраст развития (в отличие от паспортного возраста). Возраст человека, оцененный по степени развития (или зрелости) отдельных признаков и систем признаков, получил название биологического возраста.

В отличие от паспортного (хронологического) возраста, который отражает период времени, прошедший в абсолютном выражении (то есть в годах, месяцах, днях и т.п.) с момента рождения человека до данного конкретного момента, биологический возраст – это достигнутый организмом уровень морфофункционального созревания, который мы получаем, сравнивая развитие по разным критериям.

Термин "биологический возраст" связан с именами В.Г. Штефко, Д.Г. Рохлина и П.Н. Соколова (30-40 гг. XX в.). Общепринятого определения понятия «биологический возраст» в настоящее время не существует. Разные авторы дают свои трактовки этого термина. В.Г.Власовский (1976) предложил следующее определение, согласно которому «биологический возраст – это достигнутый отдельным индивидуумом уровень развития морфологических структур и связанных с ними функциональных явлений жизнедеятельности организма, соответствующий среднему для всей популяции уровню, характерному для данного хронологического возраста». О.М.Павловский, М.С. Архангельская и Н.С.Смирнова (1987) предложили свое определение: «биологический возраст – это степень соответствия морфофизиологического статуса данного лица (или группы лиц, заведомо связанных объединяющими факторами) некоторому общему уровню аналогичных показателей в когорте ровесников».

В схемах периодизации онтогенеза отражается нормальный процесс роста и развития человека. Например, в среднестатистической группе детей второго детства происходит прорезывание большинства постоянных зубов, начинается развитие вторичных половых признаков, идут характерные изменения психики и т.д. Однако все вместе эти "типичные" изменения характерны только для "среднего" ребенка из этой группы, то есть тех мальчиков или девочек, у которых процесс роста и развития отдельных систем организма наиболее интегрирован (сбалансирован или нормален). В среднем это около 50-60 %. Примерно в 40 % случаев эти показатели отклоняются от среднего варианта развития. Поэтому, биологический возраст, значительно больше чем календарный, отображает онтогенетическую зрелость индивидуума, его работоспособность и характер адаптивных реакций. Если биологический возраст отстает от паспортного, то говорят об отставании или замедлении в развитии, или ретардации; а если их морфофункциональный статус опережает паспортный возраст, то есть развитие ускорено, то можно говорить об акселерации (ниже рассмотрим более подробно данные понятия).

Критерии биологического возраста

Одного универсального критерия биологического возраста не существует. Ряд критериев зрелости хорошо "работает" только на ограниченном хронологическом интервале (например, оценка сроков прорезывания зубов или развитие репродуктивной системы). Ряд имеет слишком широкий спектр индивидуальной вариабельности, характеризуется высокой периодичностью и цикличностью (многие соматические, физиологические, биохимические и функциональные показатели). Такие показатели, как рост, вес, пропорции тела, развитие жировой ткани у ребенка первых лет жизни и в пубертатный период хорошо характеризуют темпы созревания, а у взрослого человека они слишком индивидуальны и границы нормы данных показателей очень широки. Оценка скелетного возраста имеет некоторое преимущество, так как можно его определять в течение всего онтогенеза, а также на ископаемом материале. Однако и здесь многофакторность процесса развития скелета и черепа затрудняет использование критерия во многих частных случаях.

Итак, каждый из методов хорош при применении к "своему" объекту, а из разнообразия признаков следует выбирать наиболее информативные и легко оцениваемые на практике показатели, закономерность возрастной изменчивости которых более или менее объяснима.

Система общих требований к показателям биологического возраста сформулирована B.M. Дильманом и развита О.М. Павловским (1987). Среди этих принципов есть ряд основных:

– измеряемость показателей – критерий (признак), по которому мы оцениваем биологический возраст, должен быть измеряем легко и точно;

– универсальность показателей и связь их с хронологическим возрастом – ценность критерия прямо пропорциональна ширине возрастного диапазона, в котором корректно и оперативно измеряется биологический возраст;

– прогрессирующий характер изменений, описываемых показателями – чем более простой характер имеет возрастное изменение признака, тем эффективнее оценка по нему. Изменение показателя не должно быть периодическим;

– закономерность изменения показателей и их скоррелированность – наличие связи критериев биологического возраста с определенными эндогенными механизмами развития и четкие предположения об их экзогенной обусловленности. Это проявляется во взаимном изменении показателей биологического возраста и связи этого изменения с общей причиной (ведущим фактором).

Разработка критериев биологического возраста должна проводиться при соблюдении принципа однородности обследуемой группы, то есть:

– при соблюдении популяционного подхода (так как темпы развития варьируют у представителей разных этно-территориальных, а также экологических групп человека);

– строго "по поколению" и "по возрасту", при максимальном сужении хронологического интервала;

– отдельно для мужчин и женщин

Основные критерии биологического возраста можно сгруппировать по системам признаков:

– показатели морфологической зрелости – общее соматическое (морфологическое) развитие, зубная зрелость, скелетный возраст, развитие репродуктивной системы;

– функциональные, физиологические и биохимические показатели – прежде всего, показатели основного, углеводного и липидного обмена; секреция ферментов и гормонов; особенности сердечно-сосудистой системы, нейродинамические и нейрофизиологические характеристики;

– показатели возрастной динамики психики – любые изменяемые с возрастом и измеряемые "черты", относящиеся к сфере психологии.

Лучше всего разработаны критерии первой группы. Поэтому в педагогической и спортивной практиках при проведении спортивно- медицинских обследований детей и подростков для диагностики биологического возраста используются, прежде всего показатели морфологической зрелости. Это:

1. «зубная зрелость» (сроки прорезывания молочных и постоянных зубов);

2. «скелетная зрелость» (порядок и сроки окостенения скелета);

3. «половая зрелость» (степень развития вторичных половых признаков);

4. «морфологическая (соматическая) зрелость».

Чем больше критериев при этом рассматривается, тем более точной становится интегральная оценка морфофункционального статуса человека.

Определение биологического возраста по степени зубной зрелости

У человека имеются две генерации зубов (смены), а зубы дифференцированы на отличающиеся по морфологии и функции группы:

– в молочной генерации – это резцы (dentes incisive, или i), клыки (d. canini, или с), и моляры (d. molares, или m);

– в постоянной генерации – это резцы (I), клыки (C), премоляры (dentes praemolares, или P) и моляры (M).

Зубная зрелость обычно определяется путем подсчета числа прорезавшихся зубов, последовательности их прорезывания и сопоставлении этих данных с существующими стандартами. В результате этого получается оценка возраста индивида – зубной возраст.

Типичное число зубов в молочной смене равно 20, в постоянной – 32, а зубная формула человека для молочной генерации имеет вид: i22 c11 m22 для постоянной генерации I22 C11 P22 M33

Рис.2.1. Схема расположения молочных зубов

Молочные зубы начинают развиваться уже на 6-й неделе внутриутробной жизни. Вначале эпителиальные клетки ротовой полости делятся, образуя зубные зачатки, которые увеличиваются в размерах и внедряются в мезенхиму, образуя эмалевые органы. Далее эмалевые органы постепенно становятся вогнутыми и приобретают характерные очертания зуба.

Клетки эмалевого органа дифференцируются на наружные и внутренние:

– из наружных образуется эмаль

– из внутренних – дентин и пульпа.

Параллельно с этим происходит формирование костной (челюстной) основы. В челюстной кости образуются углубления – альвеолы зуба, в которой и помещается растущий зуб, и к которой подходят кровеносные сосуды и нервы.

После того, как постоянный зуб достигает своего дифинитивного статуса, дальнейшее изменение его размера, формы и структуры прекращается – происходит только питание, иннервация и замена клеток его не- эмалевой части.