Возрастная периодизация

Организм ребенка непрерывно растет и развивается. В процессе онтогенеза возникают специфические анатомические и функциональные особенности, получившие название возрастных. Соответственно этому жизненный цикл человека может быть разделен на периоды, или этапы. Между этими периодами нет четко очерченных границ, и они в значительной степени условны. Однако вычленение таких периодов необходимо, так как дети одного и того же календарного (паспортного), но разного биологического возраста по-разному реагируют на спортивные и трудовые нагрузки; при этом их работоспособность может быть большей или меньшей, что важно для решения ряда практических вопросов организации учебно-воспитательного процесса в школе, окружающей ребенка среды. В отличие от паспортного возраста, где межвозрастной интервал равен одному году, биологический (или анатомо-физиологический) возраст охватывает ряд лет жизни человека, в течение которых происходят определенные биологические изменения. Какие критерии брать за основу возрастной периодизации? По этому вопросу до настоящего времени нет более или менее согласованной точки зрения. Одни исследователи за основу периодизации берут созревание половых желез, скорость роста и дифференцировки тканей и органов; другие предлагают руководствоваться так называемой скелетной зрелостью (костный возраст), когда рентгенологически в скелете определяют время появления точек окостенения и наступления неподвижного соединения костей. Выдвигался в качестве критерия периодизации и такой признак, как степень развития центральной нервной системы, в частности коры головного мозга.

Рубнер в теории «энергетического правила поверхности» в качестве критерия предлагал использовать особенности энергетических процессов в различные возрастные периоды. Иногда в качестве критерия для возрастной периодизации используют способ взаимодействия организма с соответствующими условиями среды. Распространенная в настоящее время возрастная периодизация с выделением периода новорожденности, ясельного, дошкольного и школьного возрастов у детей отражает скорее существующую систему детских учреждений, нежели истинные возрастные особенности. Широко распространена другая классификация, предложенная Н.П. Гундобиным. По его схеме выделяют: 1) период внутриутробного развития; 2) период новорожденности (2—3 недели); 3) период грудного возраста — до 1 года; 4) преддошкольный, ясельный возраст — с 1 года до 3 лет; | период 5) дошкольный возраст — 3 до 7 лет; | молочных зубов

6) младший школьный возраст — с 7 до 12 лет;

7) средний, или подростковый, возраст — с 12 до 15 лет; 8) старший школьный, или юношеский, возраст — с 14 до 18 лет у девочек, с 15—16 лет до 19—20 лет у мальчиков.

В возрастной и педагогической психологии чаще используют периодизацию, основанную на педагогических критериях. Периоды дошкольного возраста подразделяются в соответствии с группами детского сада. Школьный возраст подразделяют на три этапа: младший (от I до III—IV класса), средний (от IV—V до VII—VIII класса), старший (от VIII до X класса).

В современной науке нет общепринятой классификации периодов роста и развития и их возрастных границ. Симпозиум по проблеме возрастной периодизации в Москве (1965), созванный Институтом физиологии детей и подростков АПН СССР, рекомендовал следующую схему возрастной периодизации, которая имеет значительное распространение:

1) новорожденный — 1—10 дней; 2) грудной возраст — 10 дней—1 год; 3) раннее детство — 1—3 года; 4) первое детство — 4—7 лет; 5) второе детство — 8—12 лет мальчики, 8—11 лет девочки; 6) подростковый возраст — 13—16 лет мальчики, 12—15 лет девочки; 7) юношеский возраст — 17—21 год юноши, 16—20 лет девушки; 8) зрелый возраст, I период — 22—35 лет мужчины, 22— 35 лет женщины; зрелый возраст, II период — 36—60 лет мужчины, 36—55 лет женщины; 9) пожилой возраст — 61—74 года мужчины, 56—74 года женщины; 10) старческий возраст — 75—90 лет; 11) долгожители — 90 лет и выше.

Критерии такой периодизации включали в себя комплекс признаков: размеры тела и органов, массу, окостенение скелета, прорезывание зубов, развитие желез внутренней секреции, степень полового созревания, мышечную силу. В этой схеме учтены особенности мальчиков и девочек. Однако вопрос о критериях биологического возраста, в том числе выявление наиболее информативных показателей, которые могли бы явиться основой возрастной периодизации, требует дальнейшей разработки. Каждый возрастной период характеризуется своими специфическими особенностями.

Переход от одного возрастного периода к последующему обозначают как переломный этап индивидуального развития, или критический период. Продолжительность отдельных возрастных периодов в значительной степени подвержена изменениям. Как хронологические рамки возраста, так и его характеристики определяются прежде всего социальными факторами.

КЛЕТКА

Понятие о клетке. Клетка — элементарная структурная, функциональная и генетическая единица многоклеточного организма. В теле человека насчитывают приблизительно 1014 клеток. Клетки сложного организма специализированы. В зависимости от выполняемой функции они имеют различную форму и особенности строения. Мышечные клетки имеют удлиненную форму; в железистых клетках вырабатываются соки организма, и они часто бывают бокаловидными; нервные клетки связывают различные части тела, они имеют длинные отростки. К летки любого организма, начиная с одноклеточных и заканчивая сложней шими многоклеточными, имеют единый план строения и функциональную организацию. Строение клетки. Функциональное значение отдельных структур клетки. Каждая клетка имеет оболочку (клеточная мембрана), цитоплазму и ядро (рис. 3).

Цитоплазма. Собственно цитоплазма клетки — полужидкая среда, под электронным микроскопом видна ее мелкозернистая структура. В ней располагаются ядро и все органоиды клетки. Среди органоидов клетки есть универсальные органоиды, они характерны для клеток всех организмов, и специальные органоиды, которые встречаются лишь в некоторых клетках. К универсальным органоидам относят митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматическую сеть, рибосомы, лизосомы, клеточный центр.

К органоидам специального назначения относят миофибриллы — сократительные элементы мышечных клеток, нейрофибриллы нервных клеток, реснички и жгутики — органоиды движения. У млекопитающих животных и человека ресничками снабжены клетки дыхательного эпителия. С помощью жгутиков передвигаются сперматозоиды — мужские половые клетки. Ядро. Ядро — обязательная часть всякой клетки, способной к делению. Форма ядра часто повторяет форму клетки. Ядро отграничено от цитоплазмы оболочкой, состоящей из наружной и внутренней ядерных мембран. Оболочка ядра содержит микроскопических размеров поры, через которые довольно легко проходят молекулы белков, нуклеотидов, аминокислот, и таким образом осуществляется активный обмен между цитоплазмой и ядром. Внутренняя часть ядра заполнена ядерным соком. Здесь расположены хромосомы и ядрышки (одно или два). С помощью электронного микроскопа удалось установить, что мембраны клеток трехслойные (рис. 4). Наружный и внутренний слои состоят из молекул белков, расположенных в один ряд. Средний слой образован двумя рядами молекул липидов. Белки и липиды мембраны образуют своеобразные белково-липидные комплексы. Через мембрану в клетку поступают вода, аминокислоты, глюкоза, минеральные и другие вещества, участвующие в обмене веществ клетки.

Молекулы воды свободно проходят через мембраны, вероятно, через поры в них, за счет разницы концентрации. На поглощение или удаление воды клетка не затрачивает энергии. Транспорт аминокислот, глюкозы и других веществ совершается через мембраны избирательно, с затратой энергии и с использованием специальных переносчиков. Это активный процесс, связанный с избирательной проницаемостью клеточных мембран. Лизосомы относят к числу универсальных органоидов цитоплазмы. Это мембранный мешок, заполненный пищеварительными ферментами. Они округлой формы, их мембрана имеет типичное трехслойное строение. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, способны расщеплять белки, нуклеиновые кислоты, кислоты, полисахариды. Кроме того, за счет ферментов лизосом могут перевариваться при отмирании отдельные структуры клетки, а также целые отмершие клетки.

Особенно богаты лизосомами зернистые лейкоциты (их зернистость не что иное, как скопление лизосом).

В лизосомах крупные молекулы белков, нуклеиновых кислот, липидов под действием ферментов расщепляются на «строительные блоки» (аминокислоты, глюкозу, нуклеотиды), глицерин и жирные кислоты. Эти вещества перемещаются по цитоплазме, чаще всего по каналам эндоплазматической сети. Эндоплазматическая сеть открыта сравнительно недавно (1945—1946) с помощью электронного микроскопа. Она представляет собой сложную систему канальцев и цистерн, ограниченных мембранами. Мембраны эпдоплазматической сети имеют типичную трехслойную структуру. Во многих клетках на наружной поверхности мембраны эндоплазматической сети располагаются многочисленные гранулы. Это рибосомы. Есть участки эндоплазматической сети, где рибосом нет. В связи с этим различают два типа эндоплазматической сети: гладкую и шероховатую, или гранулярную.

Шероховатая эндоплазматическая сеть особого развития достигает в клетках растущего организма, в нервных клетках, клетках, синтезирующих гормоны, ферменты пищеварительных соков. Установлено, что гранулярная эндоплазматическая сеть принимает активное участие в синтезе белков.

Гладкая эндоплазматическая сеть особо развита в клетках, синтезирующих гликоген и липиды (клетки сальных желез, клетки печени). Рибосомы клеток очень малы, их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Большинство рибосом располагается, как сказано выше, на мембранах шероховатой эндоплазматической сети (клетки печени, поджелудочной железы). В клетках, где шероховатая эндоплазматическая сеть развита слабо, рибосомы свободно располагаются в основном веществе цитоплазмы. Есть рибосомы и в клеточном ядре.

В состав рибосом входит белок и рибосомальная РНК. К рибосомам из основного вещества цитоплазмы непрерывно поступают с помощью транспортной РНК аминокислоты, из которых синтезируются белковые молекулы.

В рибосомах, находящихся в ядре, происходит синтез ядерных белков. Наиболее активная роль в синтезе белка принадлежит рибосомам, связанным с мембранами эндоплазматической сети. Видимо, эти органоиды представляют связанный друг с другом аппарат синтеза и транспорта белка, продуцируемого клеткой.

Аппарат Гольджи. Важную роль в секреторной и синтетической деятельности клеток выполняет один из важнейших органоидов — комплекс Гольджи, который встречается во всех животных и растительных клетках. Во многих клетках комплекс Гольджи имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра (нервные клетки). Вообще же строение комплекса Гольджи сильно варьирует не только в отдельных клетках, но даже в одной и той же клетке. В комплексе Гольджи образуются вещества, из которых состоят включения цитоплазмы. Они могут быть в виде капелек жира или углеводов, составляющих запасы питательного или пластического материала клеток.

Полагают, что из поступающих в полости комплекса Гольджи белков и липоидов формируются белково-липидные комплексы, используемые клеткой для замены стареющих клеточных мембран, мембранных структур самого комплекса Гольджи, шероховатой и гладкой эндоплазматической сети и других мембранных структур клетки. Митохондрии как силовые станции клетки. Особого внимания заслуживают универсальные органоиды клетки — митохондрии. Число их в клетке различно: от 2—3 до нескольких тысяч. Это зависит от функционального состояния клетки. Так, при относительном покое в печеночной клетке насчитывают около 900 митохондрий. Прием пищи, вызывающий усиление желчеобразования и желчевыделения, приводит к увеличению числа митохондрий в клетках печени в 1,5—2 раза. По форме митохондрии могут быть округлыми, овальными, удлиненными, палочковидными или нитевидными. Изменение формы митохондрий происходит при изменении осмотического давления, температуры, рН среды и других воздействиях на клетку. Электронный микроскоп позволил увидеть сложную структуру митохондрий. Оказалось, митохондрия имеет двухслойную белково-липоидную мембрану, имеющую такое же строение, как и клеточная мембрана.

Под внешней мембраной митохондрий располагается внутренняя, которая также имеет типичное строение (рис. 5).

Внутренняя мембрана образует выросты, направленные внутрь митохондрий. Эти выросты называют гребнями или кристами. Кристы увеличивают поверхность митохондрий. Внутреннее пространство митохондрии, в котором располагаются кристы, заполнено матриксом. В составе митохондрий обнаружены белки, липиды и нукленновые кислоты. В них содержится также большое количество ферментов, принимающих активное участие в энергетическом обмене клетки.

В митохондриях происходит образование АТФ (аденозин-трифосфорной кислоты). АТФ—универсальный аккумулятор энергии в клетке. Под влиянием фермента АТФ-азы в молекуле АТФ разрываются внутримолекулярные связи между Р и 02, при этом высвобождается значительное количество энергии. Благодаря богатым энергией фосфатным связям в АТФ, живая клетка обладает удобной формой хранения энергии, и в случае необходимости эта энергия быстро высвобождается и используется для жизнедеятельности клетки.

Заключенная в АТФ клетки энергия используется для всех процессов обмена, совершающихся в клетке (синтез белков, жиров, самой АТФ, углеводов, сокращение, проведение возбуждения, секреция и т. п.). АТФ образуется в результате анаэробного распада глюкозы на мембранах гладкой эндоплазматической сети. Внутрь митохондрии непрерывно поступают продукты биологического окисления. Специальные ферменты-переносчики осуществляют передвижение через митохондриальную мембрану синтезированных молекул АТФ. Митохондрии расположены в клетке вблизи источников «метаболического топлива» или по соседству от структур, нуждающихся в АТФ. Так, в эпителиальных клетках митохондрии располагаются по направлению движения секрета, для образования которого требуется АТФ. В активно функционирующих мышечных клетках они ориентированы вдоль миофибрилл. Вместе с тем иногда они накапливаются возле жировых включений, используемых как «метаболическое топливо».

Наследственный аппарат клетки. Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации. В 1868 г. швейцарский ученый Фридрих Мишер выделил, из ядер клеток гноя, вытекающего из ран, необычное фосфорсодержащее вещество, которое он назвал нуклеином (лат. nucleus — ядро). Хотя очень скоро было установлено, что нуклеиновые кислоты не только входят в состав клеточных ядер, но и распределены по всей клетке, их название сохранилось и до настоящего времени. Есть два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Нуклеиновые кислоты находятся в клетках в связанном с белками виде. Комплексы нуклеиновых кислот с белками называют нуклеопротеидами. Д НК. Американский химик Джеймс Уотсон и английский биохимик Френсис Крик в 1953 г. расшифровали структуру ДНК, за что были удостоены Нобелевской премии. Молекула ДНК (рис. 6) состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой и вокруг некой общей для обеих цепей оси. Длина такой спирали в 50 и более раз больше самой крупной белковой молекулы. Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов. Молекула ДНК — полимер, составленный из многих мономерных звеньев — нуклеотидов. Каждый нуклеотид представляет собой продукт соединения трех компонентов: 1) органического азотистого основания; 2) простого углевода — пентозы; 3) фосфорной кислоты.

В состав ДНК входят 4 различных вида нуклеотидов. Нуклеотиды различаются только по структуре первого компонента, т. е. по азотистому основанию, остальные части молекулы у всех четырех нуклеотидов одинаковы.

Остов спирали ДНК составляют остатки фосфорной кислоты и пентозы. К каждому радикалу сахара — дезоксирибозы — присоединяется одно из четырех азотистых оснований: тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г) и аденин (А). Между азотистыми основаниями двух цепей существуют непрочные водородные связи. Они удерживают две цепи вместе. Характерно, что каждое азотистое основание одной цепи специфично присоединено к своему «партнеру» другой цепи: аденин (А) соединяется только с тимином (Т), а гуанин (Г) — с цитозином (Ц) тройной водородной связью. Участок молекулы ДНК с этими водородными связями между основаниями можно схематически изобразить следующим образом: Было установлено, что в двойной спирали ДНК против аденина одной цепи расположен тимин другой, против цитозина — гуанин. Следовательно, две цепочки ДНК дополняют друг друга. В этих парах нуклеотиды комплементарны друг другу (лат, complementum — дополнение).

Принцип комплементарности в структуре ДНК позволяет понять, как синтезируются новые молекулы ДНК при делении клетки. Это связано со способностью молекулы ДНК к редупликации (самоудвоению), что и лежит в основе передачи наследственных Свойств от материнской клетки к дочерним.

Редупликация молекул ДНК происходит в клетке перед ее делением (рис. 7). При этом спираль ДНК, состоящая из двух цепей, начинает с одного конца расходиться, и на каждой цепи, как на матрице, собирается новая цепь из мономеров, содержащихся в цитоплазме.

При этом к аденину присоединяется тимин, а к гуанину — цитозин. В конечном итоге образуются две новые двойные спирали, тождественные первоначальной. Одна цепь в каждой вновь образовавшейся молекуле ДНК происходит из первоначальной молекулы, а другая синтезируется вновь. РНК. В структуре РНК нет двойной спирали. Молекулы РНК напоминают фрагмент одной из цепей ДНК-РНК тоже полимер, в состав которого в разных сочетаниях входят 4 нуклеотида. Нуклеотиды РНК также состоят из азотистых оснований, сахара и фосфорной кислоты. Три азотистых основания, входящие в состав РНК, такие же, как и у ДНК,— аденин, гуанин, цитозин. Четвертым азотистым основанием в молекуле ДНК является тимин, а в РНК вместо тимина содержится очень близкий к нему по структуре урацил (У). Тимин отличается от урацила метильной группой. РНК от ДНК отличается и по характеру углеводов в нуклеотидах: у ДНК углевод дезоксирибоза, у РНК — рибоза. Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием одного атома кислорода.

Существует несколько видов РНК. Транспортные РНК (т-РНК) содержатся в цитоплазме. Они доставляют аминокислоты к местам синтеза белков — рибосомам. Каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белков, соответствует особая транспортная РНК. Рибосомная РНК (р-РНК) входит в состав рибосом и составляет до 50% их массы. Информационные РНК (и-РНК) содержатся и в ядре, и в цитоплазме. Они образуются в ядре на хромосомах и точно копируют последовательность нуклеотидов ядерной ДНК. Информационная РНК поступает из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка в рибосомы. Наследственный аппарат клетки. Наследственным аппаратом любых клеток, в том числе и клеток организма человека, является ДНК. ДНК локализуется в ядре клетки, где она образует структуры, называемые хромосомами. ДНК хромосом содержит в зашифрованном виде наследственную информацию. Именно ДНК передает наследственную информацию от родительской клетки к дочерней.

Запись информации возможна только при наличии кода, состоящего из отдельных «символов». Такими «символами» в молекуле ДНК являются нуклеотиды. В гигантской молекуле ДНК, состоящей из нескольких тысяч последовательно расположенных нуклеотидов, закодирована, «зашифрована» запись структур ряда молекул белка. Длинная нитевидная молекула ДНК состоит из ряда следующих друг за другом участков. Каждый из них содержит информацию о структуре какого-либо одного белка.

Вам, наверное, знакома азбука Морзе. В коде Морзе всего два знака (точка, тире). Каждой букве алфавита соответствует определенная комбинация точек и тире. Нечто подобное можно видеть и в молекуле ДНК. Здесь роль кодовых знаков или символов выполняют четыре вида нуклеотидов, многократно повторяющиеся в полинуклеотидной цепи ДНК. Нуклеотиды, как уже говорилось, обозначают начальными буквами названий азотистых оснований: аденина — А, тимина — Т, гуанина — Г и цитозина — Ц. В белках обнаружено 20 аминокислот, и каждая из них закодирована в молекуле ДНК определенным сочетанием последовательно расположенных нуклеотидов. Каждой аминокислоте соответствует участок ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Так, фрагмент А—Ц—Ц соответствует аминокислоте триптофану, участок Ц—А—Ц — метионину и т.д. Таким образом, кодовая группа для каждой из 20 аминокислот состоит из трех нуклеотидов (триплет) (AAA, ГЦГ, ТГА и т. п.). Последовательность расположения аминокислот в структуре белка кодируется на ДНК последовательностью расположения триплетов. Участки молекул ДНК, в последовательности нуклеотидов которых закодирована программа о строении определенного, необходимого для жизни клетки белка, называют генами. Итак, возникшая в ходе длительной эволюции ядерная ДНК является носителем наследственной информации клеток. Но ДНК находится в клеточном ядре, а синтез белка, специфичного для данной клетки, происходит в основном в цитоплазме, в мелких ее органоидах — рибосомах. Каким же образом информация передается рибосомам? Это совершается с помощью информационной РНК. Последовательность нуклеотидов в и-РНК отражает структуру одного из участков ДНК. В этом случае говорят, что информация о структуре белков, содержащаяся в молекуле ДНК, как бы переписывается на и-РНК. Этот процесс называют транскрипцией (лат. transcriptio — переписывание).

Молекулы и-РНК транспортируются в рибосомы, где, как на матрице, происходит сборка белковой молекулы из аминокислот, находящихся в цитоплазме. Аминокислоты, идущие на построение белков, вначале активируются, взаимодействуя с АТФ, при участии специфичных ферментов.

Активированные аминокислоты переносятся на молекулы транспортных РНК. Для разных аминокислот существуют свои т-РНК. Аминокислота присоединяется к т-РНК при помощи богатой энергией фосфатной связи. В рибосомах т-РНК освобождается от связи с аминокислотой; т-РНК работают подобно челноку, принося активированные аминокислоты в рибосомы и затем покидая их. Таким образом, содержащаяся в ДНК наследственная информация реализуется в структурах белков и определяет их специфичность. Деление клеток. Рост и развитие многоклеточных организмов связаны с делением клеток. За 24 ч у человека погибает и вновь возникает 5х10^11 клеток. Клетки крови, эпителия, костной ткани заменяются полностью за год. Поскольку в любой неделящейся клетке в хромосомах один набор ДНК, то, образуя себе подобную, клетка удваивает вначале число молекул ДНК в каждой хромосоме, что и происходит в период подготовки клетки к делению. Перед делением клетки (а этот период продолжается в разных клетках от 10— 12 ч до 20 суток) в клетке происходит удвоение числа хромосом, создается запас энергии, накапливаются структурные белки. Число хромосом — один из наиболее постоянных видовых признаков. В клетках гороха содержится 14 хромосом, у речного рака - 116. В клетках человека 46 хромосом. Наиболее сходные между собой хромосомы, имеющие одинаковое строение, называют гомологичными. Каждая хромосома имеет «двойника» (гомолога), а вся совокупность хромосом представляет собой двойной, или, как принято говорить, диплоидный, набор. 46 хромосом в клетках человека составляют 23 пары (рис. 8).

Из 23 пар хромосом человека 22 пары (с 1 по 22) одинаковы у мужчин и женщин. В 23-й паре хромосом имеется отчетливая половая дифференцировка: в клетках тела женщин находятся две крупные, вполне идентичные друг другу Х-хромосомы; у мужчин имеется только одна Х-хромосома, ее партнером у мужчин является маленькая У-хромосома. Х- и У-хромосомы называют половыми хромосомами. В результате деления клетки получаются две дочерние, содержащие количество хромосом, одинаковое с исходной клеткой. При этом между дочерними клетками равномерно распределяются цитоплазма и органоиды клетки.