Организм детей значительно отличается от организма людей более старшего возраста. Все реакции приспособления к условиям новой среды требуют быстрого развития мозга, особенно его высших отделов. Раньше всего, в первые же годы жизни созревают проекционные зоны коры, позднее всего, вплоть до взрослого состояния – третичные, ассоциативные поля коры (зоны высшего анализа и синтеза). Моторная зона коры в основном сформирована уже к 4 годам, а ассоциативные поля лобной и нижнетеменной области коры по занимаемой территории, толщине и степени дифференцирования клеток к возрасту 7–8 лет созревают лишь на 80 %, особенно отставая в развитии у мальчиков по сравнению с девочками.

Быстрее всего формируются функциональные системы, включающие вертикальные связи между корой и периферическими органами и обеспечивающие жизненно необходимые навыки. Медленнее происходит развитие отростков корковых нейронов и миелинизация нервных волокон в коре, процессы налаживания горизонтальных межцентральных взаимосвязей в коре больших полушарий. В результате этого для первых лет жизни характерна недостаточность межсистемных взаимосвязей в организме.

Электрическая активность мозга отражает разобщенность различных территорий коры и незрелость корковых нейронов, однако к возрасту 10 лет устанавливается основной альфа-ритм – ритм покоя, характерный для взрослого организма.

Активно продолжают развиваться сенсорные системы. Зрительная сенсорная система особенно быстро развивается на протяжении первых 3-х лет жизни, затем ее совершенствование продолжается до 12–14 лет.

У ребенка первых лет жизни плохо развито субъективное чувство времени. Чаще всего он не может правильно отмеривать и воспроизводить заданные интервалы, укладываться во времени при выполнении различных заданий. Сказывается недостаточная синхронизация внутренних процессов в организме и малый опыт сопоставления собственной активности с внешними синхронизаторами (оценкой длительности протекания различных ситуаций, смены дня и ночи и пр.). С возрастом чувство времени улучшается: так, например, интервал 30 с точно воспроизводят лишь 22 % 6-летних, 39 % 8-летних и 49 % 10-летних детей.

Схема тела формируется у ребенка к 6 годам, а более сложные пространственные представления – к 9-10 годам, что зависит от развития полушарий мозга и совершенствования сенсомоторных функций. Способность к предвидению ситуации у ребенка появляется в 5–6 лет.

В младшем школьном возрасте уже возникают преобладающие влияния коры на подкорковые процессы, усиливаются процессы внутреннего торможения и произвольного внимания, появляется способность к освоению сложных программ деятельности, формируются характерные индивидуально-типологические особенности высшей нервной деятельности ребенка.

В среднем и старшем школьном возрасте значительное развитие отмечается во всех высших структурах ЦНС. Например, в коре больших полушарий общая длина борозд к 10 годам увеличивается в 2 раза, а площадь коры – в 3 раза.

Период с 9 до 12 лет характеризуется резким увеличением взаимосвязей между различными корковыми центрами, главным образом за счет роста отростков нейронов в горизонтальном направлении. Это создает морфофункциональную основу развития интегративных функций мозга, установления межсистемных взаимосвязей. В возрасте 10–12 лет усиливаются тормозные влияния коры на подкорковые структуры. Формируются близкие к взрослому типу корково-подкорковые взаимоотношения с ведущей ролью коры больших полушарий и подчиненной ролью подкорки.

При различных видах деятельности с повышением возраста от 10 до 13 лет регистрируется резкое возрастание пространственной синхронизации потенциалов разных корковых зон, что отражает установление между ними функциональных взаимосвязей. У 13-летних подростков существенно улучшается способность к переработке информации, быстрому принятию решений, отмечается повышение эффективности тактического мышления. Время решения тактических задач у них достоверно сокращается по сравнению с 10-летними. Оно мало изменяется к 16-летнему возрасту, но еще не достигает величин взрослого человека. Помехоустойчивость поведенческих реакций и двигательных навыков достигает взрослого уровня уже к 13 годам. Эта способность имеет большие индивидуальные различия, она контролируется генетически и мало изменяется в процессе тренировки.

Плавное улучшение мозговых процессов у подростков нарушается по мере вступления их в период полового созревания – у девочек в 11–13 лет, у мальчиков в 13–15 лет. Этот период характеризуется ослаблением тормозных влияний коры на нижележащие структуры и «буйством» подкорки, вызывающим сильное возбуждение по всей коре и усиление эмоциональных реакций у подростков. Возрастает активность симпатического отдела нервной системы и концентрация адреналина в крови. Ухудшается кровоснабжение мозга.

Такие изменения ведут к нарушению тонкой мозаики возбужденных и заторможенных участков коры, нарушают координацию движений, ухудшают память и чувство времени. Поведение подростков становится нестабильным, часто немотивированным и агрессивным. В межполушарных отношениях также возникают существенные изменения – временно усиливается роль правого полушария в поведенческих реакциях. У подростка ухудшается деятельность второй сигнальной системы (речевые функции), повышается значимость зрительно-пространственной информации. Отмечаются нарушения высшей нервной деятельности – нарушаются все виды внутреннего торможения, затрудняется образование условных рефлексов, закрепление и переделка динамических стереотипов. Наблюдается расстройство сна.

Снижение контролирующих влияний коры на поведенческие реакции приводит к внушаемости и несамостоятельности ряда подростков, которые легко перенимают вредные привычки. Гормональные и структурные перестройки переходного периода замедляют рост тела в длину, снижают темпы развития силы и выносливости. В среднем школьном возрасте (к 12–14 годам) в основном заканчивается созревание всех сенсорных систем.

Зрительная сенсорная система уже в 10-12-летнем возрасте достигает функциональной зрелости. К этому моменту совершенствуются функции ее коркового представительства, развивается система все более сложных нейронов-детекторов, обеспечивающих высокий уровень зрительного восприятия, обогащаются межцентральные взаимосвязи зрительных центров с другими зонами коры, позволяя интегрировать зрительные впечатления в общую систему регуляции поведения. Глаза становятся соразмерными, т. е. длина зрительной оси глаза теперь соответствует преломляющей силе, и фокусирование лучей происходит непосредственно на сетчатке. Детская дальнозоркость при этом исчезает. У подростка заметно повышается острота зрения, расширяется поле зрения, улучшается бинокулярное зрение, совершенствуется различение цветовых оттенков. Пропускная способность зрительной сенсорной системы растет с возрастом, уже к 10-11-летнему возрасту соответствуя взрослому уровню (около 2–4 бит/с). У девочек поле зрения и пропускная способность больше, чем у мальчиков, а глазомер выражен хуже. Скорость и четкость зрительных восприятий отражается в показателях критической частоты слияния световых мельканий, когда отдельные световые вспышки начинают восприниматься как сплошной свет. Показатель критической частоты слияния световых мельканий растет с возрастом: в 7–8 лет он составляет 25 Гц, в 9-11 лет -30 Гц, в 12–14 лет – 40 Гц (что соответствует взрослому уровню).

Совершенствование зрительной сенсорной системы позволяет значительно улучшить ориентацию в пространстве, выделение значимой информации из потока внешних сигналов. Это, в свою очередь, повышает точность и координацию движений, расширяет сферу деятельности растущего организма.

Возрастная динамика пропускной способности (бит/с) зрительной сенсорной системы представлена в таблице 4.

Созревание слуховой сенсорной системы (главным образом ее коркового отдела) завершается к 12-13-летнему возрасту. Резко снижаются пороги слышимости звуков, особенно в речевом диапазоне (1000–4000 Гц). Повышение остроты слуха позволяет хорошо дифференцировать звуковые раздражители. Улучшается скорость и точность восприятия речи, развивается музыкальный слух.

Таблица 4

Пропускная способность (бит/с) зрительной сенсорной системы в различном возрасте

К 11-летнему возрасту повышается точность оценки протяженности звучания различных сигналов и длительности звуковых интервалов, что имеет важное значение для формирования чувства времени у подростков, а совершенствование в этом возрасте бинаурального слуха улучшает пространственную ориентацию. Вместе с тем у подростков и юношей начинает снижаться восприятие высоких частот, этот процесс продолжается и далее – в зрелом возрасте и по мере старения организма.

Вестибулярная сенсорная система созревает к 14-летнему возрасту. С началом овариально-менструального цикла у девочек 12–13 лет вестибулярная устойчивость приобретает циклический характер, снижаясь в предменструальную и менструальную фазы и улучшаясь в постменструальную и постовуляторную фазы.

В подростковом и юношеском возрасте усиливаются вестибуло-вегетативные реакции симпатического типа, вызывающие повышение частоты сердечных сокращений. В результате вестибулярных нагрузок возникают различные (положительные или отрицательные) эмоциональные реакции, которые необходимо учитывать при работе с детьми, а также замедляется течение субъективного времени, что нарушает оценку временны х интервалов.

Развитие двигательной сенсорной системы происходит непрерывно, значительно усиливаясь в возрасте от 7–8 до 1315 лет, когда достигается оптимальный уровень ее развития. К этому времени в сочетании с кожной афферентацией формируется хорошо развитая комплексная кинестетическая чувствительность. Благодаря четкому восприятию проприоцептивной информации увеличивается способность к управлению не только отдельными мышцами, но даже отдельными двигательными единицами.

Характеризуя газотранспортные системы организма детей и подростков, следует отметить, что количество крови в организме ребенка в процентах к массе тела уменьшается от периода новорожденности к возрасту 10–16 лет в 2 раза, но еще превышает конечные значения.

С 12-летнего возраста кроветворение происходит только в губчатом веществе плоских костей и эпифизах трубчатых костей, а в диафизах трубчатых костей красный костный мозг заменяется желтым жировым мозгом, не имеющим кроветворной функции. К возрасту 14–16 лет картина крови практически уже соответствует взрослому организму. Однако еще встречается много незрелых форм лейкоцитов. Скорость оседания эритроцитов достигает взрослого значения – 8-10 мм/час.

Растут масса и объем сердца. Вес сердца по сравнению с новорожденным увеличивается к 10 годам в 6 раз, а к 16 годам – в 11 раз. За исключением периода 12–13 лет масса сердца у мальчиков превышает аналогичные показатели у девочек. Рост массы сердца происходит с некоторым отставанием от роста массы тела. Особенно велик годовой прирост массы сердечной мышцы после 14 лет.

Объем сердца достигает 130–150 мл (у взрослых – 280 мл), а минутный объем крови – 3–4 л/мин (у взрослых -5-6 л/мин). Минутный объем крови увеличивается главным образом за счет возросшего систолического объема, который за период от 10 до 17 лет нарастает от 46 мл до 60–70 мл. За счет увеличенного систолического объема крови и повышения тонуса парасимпатического отдела нервной системы происходит дальнейшее снижение частоты сердечных сокращений (ЧСС): в среднем школьном возрасте ЧСС в покое составляет около 80 уд./мин, а в старшем школьном возрасте (16–18 лет) соответствует взрослому уровню – 70 уд./мин. У подростков до 14 лет еще значительно выражена дыхательная аритмия, которая после 15–16 лет практически исчезает.

С развитием у подростков проводящей системы сердца различные показатели электрокардиограммы в старшем школьном возрасте приближаются к показателям взрослого организма.

В связи с тем, что сердце выбрасывает за одно сокращение больший объем крови, нарастает величина артериального давления. У мальчиков в 11 лет она составляет 104/61 мм рт. ст., в 12 лет – 108/65, в 13 лет – 112/65, в 14 лет – 115/66, в 15 лет -120/68, в 16 лет – 125/73, в 17 лет – 125/73 мм рт. ст. У девочек после 13 лет эти показатели на 2–5 мм рт. ст. ниже. Минимальное (диастолическое) артериальное давление увеличивается в меньшей степени, чем максимальное (систолическое), поэтому растет их разность, т. е. пульсовое давление. Такие изменения улучшают кровоснабжение различных органов тела.

Рост просвета сосудов в переходный период (13–14 лет) отстает от увеличения сократительной силы миокарда. Это вызывает в ряде случаев явления юношеской гипертонии – повышение артериального давления до 140 мм рт. ст. и выше. В результате урежения частоты сердечных сокращений и увеличения длины сосудов, особенно у высокорослых подростков и юношей, происходит замедление кругооборота крови.

В целом происходящие в сердечно-сосудистой системе изменения (урежение частоты сердечных сокращений, удлинение периода общей диастолы, повышение артериального давления, замедление кругооборота крови) свидетельствуют об экономизации функций сердца.

Система дыхания с возрастом совершенствуется. Увеличивается длительность дыхательного цикла и скорость вдоха, продолжительнее становится выдох (особенно пауза на выдохе), снижается чувствительность дыхательного центра к недостатку кислорода и избытку углекислого газа. Совершенствуется регуляция дыхания, в том числе произвольная регуляция при осуществлении речевой функции. Экономизируются дыхательные реакции на нагрузки. У детей дошкольного и младшего школьного возраста легочная вентиляция нарастает преимущественно за счет учащения дыхания, а у подростков – за счет повышения глубины дыхания, и лишь у половины из них при этом происходит и учащение дыхания. В 12-летнем возрасте частота дыхания составляет 19 вдохов в минуту, а к 14-летнему возрасту она приближается к взрослому уровню – 16–20 вдохов в минуту. Минутный объем дыхания в 10 лет составляет около 4 л/мин, в 14 лет – около 5 л/мин (у взрослых 5–8 л/мин). Происходящие изменения носят прогрессивный характер, позволяя улучшить газообмен в легких, так как при частом и неглубоком дыхании воздух обменивается преимущественно в воздухоносных путях, очень мало изменяя состав альвеолярного воздуха.

Однако дыхательные функции испытывают некоторые трудности развития в период полового созревания. Задержка роста грудной клетки при значительном вытягивании тела затрудняет дыхание у подростка. Вес легких в 12 лет оказывается в 10 раз больше первоначального, но все же вдвое меньше, чем у взрослых. Повышение возбудимости дыхательного центра и временные нарушения регуляции дыхания вызывают у подростков особую непереносимость кислородного дефицита. При гипоксических состояниях у них могут возникать головокружения и обмороки. В этот период у подростков наблюдается неритмичность дыхания, не завершен еще процесс расширения воздухоносных путей. Носовые ходы у детей узкие, их формирование заканчивается к 14–15 годам. Развитие новых ветвей бронхиального дерева, заметно усилившееся еще до начала пубертатного периода, ускоряется после его окончания. После 11–12 лет процесс расширения бронхов начинает преобладать над их удлинением. Происходит бурное развитие альвеол.

Объемы легких зависят от стадий полового созревания, которые проходят у девушек раньше, чем у мальчиков. Общая емкость легких и жизненная емкость легких у 13-летних девочек составляют около 93 % от величин этих объемов у 18-летних девушек, а у 12-13-летних мальчиков – лишь 73 % к этим объемам у 18-летних юношей. У мальчиков жизненная емкость легких больше, чем у девочек на всех стадиях полового развития. С небольшими колебаниями жизненная емкость легких составляет в младшем школьном возрасте около 1 л, в среднем – порядка 2 л, в старшем школьном возрасте – примерно 3 л.

Прекращение прироста функциональных показателей дыхания происходит в женском организме в возрасте 17–18 лет, в мужском – в возрасте 19–20 лет.

Особенности пищеварения, выделения и эндокринной системы выглядят следующим образом. К возрасту 13–15 лет устанавливается взрослый уровень объема и концентрации выделяемых пищеварительных соков, достигается максимальная активность пищеварительных ферментов, повышается кислотность желудочного сока, развивается полостное пищеварение. В этот период еще продолжается морфологическое развитие желудочно-кишечного тракта. С возрастом увеличивается длина пищевода (в 5 лет – 16 см, в 15 лет – 19 см, у взрослых -25 см). В 12–15 лет заметно нарастает длина кишечника. В 14–15 лет особенно увеличивается печень.

Таблица 5

Возрастная динамика величин жизненной емкости легких (мл) за период от 4 до 17 лет (Хрипкова А. Г. и др., 1990)

К старшему школьному возрасту все основные функции пищеварительной системы завершают свое развитие, адаптируя организм к приему различной смешанной пищи и хорошему ее усвоению.

В поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза) важная роль принадлежит мочевыделительной системе (почки, мочеточники и мочевой пузырь). В среднем школьном возрасте к 12–14 годам жизни заканчивается функциональное созревание процессов мочеобразования – фильтрации и реабсорбции (обратного всасывания). Происходит образование первичной и вторичной мочи, близкой по количеству и составу к конечным показателям (увеличивается во вторичной моче количество мочевины, натрия и уменьшается количество молочной кислоты). Суточное количество выделяемой мочи в 10-летнем возрасте составляет 1,5 л, а в период полового созревания достигает взрослого уровня – до 2,0 л.

Хотя условно-рефлекторный механизм выделения мочи устанавливается в первые годы жизни ребенка, но еще и в среднем школьном возрасте встречается ночное непроизвольное недержание мочи (энурез), которым страдают около 5-10 % подростков до 13–14 лет. В основном это дети, находящиеся в невротическом состоянии, излечение от которого снимает явления недержания.

В среднем школьном возрасте происходит резкое изменение деятельности желез внутренней секреции, вызванное включением генетических влияний на центральную нервную и эндокринную системы. Организм подростка вступает в переходный период.

В этом возрасте происходит возрастная инволюция эпифиза. Происходящее снижение тормозящего действия эпифиза на нижележащие структуры гипоталамуса приводят к их активации. Усиливается взаимодействие гипоталамуса и гипофиза – так называемой гипоталамо-гипофизарной системы. Гипоталамус начинает стимулировать секреторную функцию гипофиза. В результате гипофиз резко усиливает выброс в кровь соматотропного гормона (гормона роста) и гонадотропного гормона, который вызывает усиленную секрецию половых гормонов надпочечниками (андрогенов и эстрогенов) и половыми железами (тестостерона и эстрадиола). В организме под влиянием этих гормонов усиливаются процессы роста и развертываются процессы полового созревания – формирования организма по мужскому и по женскому типу.

Под влиянием тиреотропного гормона гипофиза усиливается секреция гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина), стимулирующих обменные и энергетические процессы в организме и способствующие его росту и развитию. Избыточная активность щитовидной железы часто приводит к развитию гипертиреоза у подростков, вызывая повышенную возбудимость и расстройство сна.

Вилочковая железа, тормозящая развитие половых желез, испытывает в переходный период обратное развитие, уступая активную роль половым железам.

Большое значение в росте тела имеет гормон поджелудочной железы – инсулин, который активирует секрецию соматотропина и способствует анаболическим процессам – синтезу белков, жиров и углеводов в организме. Среди детей нарушения функций поджелудочной железы и заболевания сахарным диабетом чаще всего встречаются в возрасте 12 лет.

Процесс полового созревания затрагивает все органы и системы организма. В этот период происходит формирование индивидуального морфотипа человека со специфическими особенностями формы и размеров тела, соотношения мышечной и жировой ткани. Завершаются процессы становления типологических особенностей поведенческих реакций, характеристик личности подростка. К специфическим особенностям переходного периода относится формирование первичных половых признаков (развитие половых желез и половых органов) и вторичных половых признаков (характерное оволосение, изменение тембра голоса, рост молочных желез).

В процессе полового созревания девочки опережают мальчиков на 1–2 года. Длительность этого периода имеет большие межиндивидуальные различия, зависящие от генетических особенностей индивидуума и ряда условий внешней среды.

С завершением переходного периода оптимизируются взаимоотношения в деятельности желез внутренней секреции, достигает совершенства функционирование различных систем возмужалого организма. Подростки переходят в юношеский возраст, когда все показатели организма вплотную приближаются ко взрослому уровню. Однако функциональные резервы юношеского организма все же недостаточны, имеются ограничения в совершенстве регуляторных и метаболических процессов. Реакции на нагрузки в юношеском возрасте вызывают более выраженные изменения в организме по сравнению со взрослыми и сопровождаются более длительным периодом восстановления.

Особенности терморегуляции, обмена веществ и энергии. Процессы теплообмена у подростков и юношей отличаются от этих процессов у детей более младшего возраста. С увеличением габаритов тела возрастают градиенты температуры кожи от туловища к дистальным отделам конечностей. Становятся более выраженными суточные колебания температуры тела. Средние суточные изменения температуры ядра тела у годовалого ребенка составляют 0,25°, у дошкольников -0,34°, в юношеском возрасте – около 1,0 °C.

После 9-летнего возраста происходят качественные изменения процессов терморегуляции. Снижается значение химической терморегуляции, обеспечивающей поддержание постоянства температуры тела за счет изменений интенсивности метаболических процессов, и повышается роль физической терморегуляции, изменяющей отдачу тепла с поверхности кожи за счет сосудистых реакций. Хотя терморегуляционное усиление теплопродукции в целом снижается по мере взросления, у подростков 10–14 лет этот механизм снова временно возрастает в 1-ю фазу пубертатного периода.

В среднем школьном возрасте завершается созревание физиологических механизмов, регулирующих потоотделение. По количеству и характеру реакций термическое и психогенное потоотделение с окончанием переходного периода приближается к аналогичным показателям у взрослых.

Совершенствование механизмов теплоотдачи улучшает адаптацию юношеского организма к большому диапазону изменений температур окружающей среды. Терморегуляционные реакции в юношеском возрасте становятся более эффективными и экономичными. В температурном ядре тела к 18-летнему возрасту устанавливается средняя величина температуры тела, соответствующая взрослым.

На протяжении среднего и старшего школьного возраста происходят перемены в обмене веществ и энергии. Уменьшается преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции.

Величина основного обмена у детей этого возраста в расчете на единицу массы тела или поверхности тела заметно снижается. У девочек она ниже, чем у мальчиков, и раньше приближается к уровню зрелого организма. Лишь в пубертатном возрасте основной обмен у девочек временно оказывается выше, чем у мальчиков. Суточная величина основного обмена возрастает у подростков по отношению к детям младшего школьного возраста почти в 1,5 раза, достигая примерно 1300–1400 ккал, а в юношеском возрасте приближается к уровню зрелого организма (1700 ккал).

Увеличение массы тела и повышение двигательной активности вызывают нарастание и общего объема суточных энерготрат: в среднем школьном возрасте они составляют около 2500–2700 ккал, а в старшем школьном возрасте -2800-2900 ккал.

По мере взросления происходит и перестройка в процессах обмена веществ. С окончанием роста массы тела падает относительная потребность организма в белках. Положительный азотистый баланс к юношескому возрасту постепенно сменяется азотистым равновесием, характерным для взрослого организма. Относительная потребность в белке (на 1 кг массы тела) с возрастом снижается: в 1–3 года – 4–4,5 г, в 6-10 лет -2,5–3 г, у подростков – 2–2,5 г, у взрослых – 1,5–1,8 г. Общая же суточная потребность в белках возрастает с ростом массы тела: у дошкольников – около 70 г, в младшем школьном возрасте – 75–80 г, в среднем школьном возрасте – примерно 85–90 г, в старшем школьном возрасте – 90-100 г (как у взрослых).

Аналогичны величины суточной потребности в жирах. У подростков еще достаточно высока потребность в поступлении с пищей жира. В период полового созревания жиры используются для пластических процессов формирования состава тела, а холестерин необходим для синтезирования половых стероидных гормонов. Вместе с тем избыточное поступление жира при низкой двигательной активности приводит к ожирению. У подростков, характеризующихся избыточными жировыми отложениями, величина основного обмена на единицу массы тела может быть ниже на 20–30 % из-за низкой интенсивности процессов обмена в жировых клетках. Сравнительно большим содержанием жира в составе тела объясняется также более низкий уровень основного обмена у женщин по сравнению с мужчинами.

Относительная интенсивность углеводного обмена у подростков снижается, а суточная потребность в углеводах растет: у младших школьников она составляет около 300 г, в среднем школьном возрасте – 340–370 г, в старшем школьном возрасте – около 400 г, у взрослых – 500–600 г. Углеводы обеспечивают в организме подростка как пластические процессы, так и энергетические. Повышение объема двигательной активности увеличивает потребность в углеводах.

В растущем организме велика потребность в поступлении необходимого количества витаминов и минеральных веществ. Кальций и фосфор нужны для формирования скелета, железо – для образования гемоглобина. Однако по мере увеличения возраста относительная потребность в воде, витаминах и минеральных веществах снижается.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова возрастная периодизация роста и развития детей?

2. Охарактеризуйте особенности системы внешнего дыхания у детей дошкольного и младшего школьного возраста.

3. Каковы особенности сердечно-сосудистой системы у детей дошкольного и младшего школьного возраста?

4. Расскажите об особенностях опорно-двигательного аппарата у детей дошкольного и младшего школьного возраста.