Функциональное состояние симпато-адреналовой системы. Известно, что при адаптации к любого рода нагрузкам важную роль играют симпато-адреналовая и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая системы. По степени их активности можно судить об адаптивных процессах в организме.
В отличие от других отделов эндокринной системы симпато-адреналовая активизируется наиболее быстро. Происходит это потому, что секреция мозговым веществом надпочечников адреналина и норадреналина находится под непосредственным контролем ЦНС. Импульсы от ЦНС через чревные нервы передаются надпочечникам и стимулируют их деятельность, а само мозговое вещество является, по существу, большим нервным ганглием. Главные центры, регулирующие функции надпочечников, находятся в гипоталамусе. Поэтому выделение катехоламинов при состоянии напряжения организма происходит быстро. Существует мнение, что именно повышенное выделение катехоламинов и их воздействие на гипоталамус приводят к активации системы «гипофиз - кора надпочечников».
Адреналин (А) обладает выраженным кардиотоническим, прессорным, гипогликемическим, калоригенным действием, вызывает сужение сосудов кожи, почек, расширяет коронарные сосуды, сосуды скелетных мышц, гладкой мускулатуры, бронхов, повышает потребление кислорода, основной обмен. Норадреналин (НА) вызывает повышение АД, сужение сосудов, за исключением коронарных, понижение тонуса гладкой мускулатуры. НА по сравнению с адреналином оказывает более сильное и продолжительное сосудосуживающее воздействие. Норадреналин - один из медиаторов ЦНС, он в больших концентрациях обнаруживается в мозге, особенно в гипоталамусе.
Основной путь образования адреналина идет через дофамин и НА. В мозговом веществе надпочечников накапливается значительное количество адреналина и некоторое количество НА. Имеются данные о раздельной регуляции накопления в хромаффинной ткани и секреции ею этих двух гормонов, так тесно связанных друг с другом в происхождении и функции. Кроме того, значительное количество НА вырабатывается в симпатических окончаниях вегетативной нервной системы.
Суммарное физиологическое действие катехоламинов складывается из действия их отдельных превращений, а также предшественников и продуктов превращения. Секреция адреналина усиливается под влиянием эмоций, выраженной умственной нагрузки, вообще при состояниях напряжения. Эксперименты Кеннона показали, что такие состояния, как голод, страх, боль, гнев, сопровождаются увеличением в крови адреналина. Характер секреции катехоламинов связывают с личностными особенностями человека.
В литературе имеются работы, в которых показано, что испытуемые, у которых при стрессовых состояниях преобладает экскреция НА, легче переносят состояние напряжения. В работах, посвященных изучению состояния САС у представителей различных профессиональных групп при умственном труде с различной степенью нервно-эмоционального напряжения, отмечено увеличение экскреции адреналина; увеличение экскреции НА отмечено только при наличии выраженного нервно-эмоционального напряжения. Умственная работа учащихся на обычном уроке не вызывала во всех возрастных группах школьников существенных изменений в состоянии симпато-адреналовой системы. Выполнение контрольных работ сопровождалось повышением экскреции адреналина и в особенности НА. Наибольшие сдвиги в экскреции адреналина и НА отмечены у 11 - 12-летних школьников.
Исследование экскреции катехоламинов, как указано выше, проводилось унифицированной флюорометрической методикой. Существенные различия в экскреции катехоламинов в зависимости от пола нами не выявлены, поэтому анализу подвергнуты средние величины показателей по классам.
Экскреция адреналина и НА у первоклассников волнообразно меняется в течение учебного года (табл. 19). В начале года происходит ее нарастание, а максимальное выделение катехоламинов наблюдается в начале 2 четверти. К концу 2 четверти экскреция адреналина и НА снижается, но в 3 четверти наблюдается новое, несколько меньшее повышение экскреции. К концу учебного года она снижается и лишь немного превышает уровень, выявленный в начале учебного года (рис. 16). В целом активность САС в первом полугодии значительно выше, чем во втором.
Рис. 16. Годовая динамика экскреции адреналина (А) и норадреналина (НА) у первоклассников при традиционном (Т) и экспериментальном (Э) режимах обучения
Динамика показателей активности САС при Э-режиме сходна в целом с динамикой при Т-режиме, однако имеет более плавный характер сдвигов активности системы в течение учебного года. Экскреция катехоламинов не достигает таких высоких значений, как при Т-режиме. Так, максимальное выделение адреналина при Т-режиме - 5,1 нг/мин; при Э-режиме - 4,4 нг/мин; а НА - 8,9 нг/мин и 7,3 нг/мин соответственно. Выделение дофамина во всех случаях было более высоким у первоклассников при Т-режиме, при котором разность между уровнями выделения адреналина и НА была меньшей, чем при Э-режиме.
Таким образом, при Э-режиме обучения выявлена в целом меньшая активность САС, меньшие перепады уровня ее активности по отдельным периодам исследования, относительно меньшая активация адреналового отдела системы в сравнении с симпатическим.
Рис. 17. Годовая динамика экскреции адреналина (А) и норадреналина (НА) у одних и тех же детей на первом и втором году обучения по традиционному режиму
На втором году обучения по Т-режиму у тех же школьников чаще был отмечен менее высокий уровень выделения адреналина и НА (рис. 17). По-видимому, это объясняется меньшим напряжением организма второклассников в ответ на учебную нагрузку в связи с уже имеющейся у них адаптацией к учебному процессу. На втором году обучения сохраняются различия в уровне активности САС в зависимости от режимов обучения. Отмечена значительно меньшая амплитуда колебания уровня активности системы у второклассников при Э-режиме (рис. 18).
Рис. 18. Годовая динамика экскреции адреналина у второклассников при традиционном (Т) и экспериментальном (Э) режимах обучения
У третьеклассников экскреция катехоламинов, особенно НА, выше, чем у этих же детей в 1 и 2 классах. Это связано с возрастными различиями. Известно, что по мере приближения к пубертатному периоду активность САС возрастает. Вместе с тем уровень адреналина у третьеклассников в некоторые периоды исследования ниже, чем у первоклассников. С одной стороны, это отражает большую напряженность, которую испытывает организм первоклассников, а с другой - долговременную адаптацию учащихся 3 класса к учебной нагрузке. У третьеклассников (девочек и мальчиков) при Э-режиме обучения отмечено синхронное изменение уровней НА и ДОФА с уровнем А, что свидетельствует об оптимальном состоянии резервов катехоламинов (см. табл. 19, рис. 19).
Рис. 19. Годовая динамика экскреции адреналина (А) и норадреналина (НА) у третьеклассников при экспериментальном режиме обучения
Функциональное состояние системы серотонина. Известно, что в процессах А организма к различным факторам наряду с гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой важная роль принадлежит также биогенным аминам трофотропного ряда. Последние, в том числе и серотонин, обладают широким диапазоном физиологическото воздействия на организм. Серотонин играет роль в регуляции тонуса сердечно-сосудистой системы и гомеостаза, состояния и деятельности нервной системы, в обменных процессах: образовании цАМФ. Серотонин оказывает также влияние на дыхательную, выделительную, эндокринную системы. Особый интерес представляют данные о роли серотонина в деятельности ЦНС как нейромедиатора, принимающего участие в сложной цепи регуляторных механизмов.
Низкая концентрация серотонина в мозге способствует успокоению, сонливости, снижает тонус мышц, уменьшает ДА, а высокая - коррелирует с состоянием возбуждения. Представление о том, что формирование эмоционально-положительного состояния связано с серотонинэргической системой, получило экспериментальное подтверждение. Имеются данные, что серотонин способствует улучшению процесса обучения, фиксирует временные связи. Выдвинута концепция об участии моноаминэргических систем мозга в обучении и памяти. Интересны также данные о роли нейромедиаторов в осуществлении процесса консолидации перехода кратковременной памяти в долговременную, а также о выполнении нейромедиаторной роли «местного гормона», принимающего участие в регуляции синтеза нуклеиновых кислот в активированных системах нейрона.
В свете этих представлений становится еще более понятным, что напряженное функционирование нервной системы (эмоциональное напряжение, процессы фиксации информации, активация функций) сопровождаются взаимосвязанными сдвигами моноаминэргической и холинэргической систем. Данные динамики уровня активности этих систем необходимы при оценке адаптивных процессов, протекающих в организме. Если ко всему сказанному добавить, что серотонин и катехоламины обеспечивают основной пусковой механизм мобилизации резервных возможностей организма, определяющий адаптивные перестройки в функционировании ряда систем, то совершенно очевидна важность изучения серотонинэргической системы организма вообще, а детского организма в особенности.
Определение содержания в жидких средах организма и его выделениях гормонов и их предшественников, метаболитов, медиаторов, ферментных систем является одним из наиболее адекватных методов исследования центральных и периферических отделов вегетативной нервной системы. Синхронность экскреции серотонина и его продукта обмена - 5-ОИУК дает возможность судить о функциональных колебаниях системы серотонина по динамике уровня экскреции 5-ОИУК с мочой.
Содержание 5-ОИУК определялось у школьников 1 - 3 классов в разные периоды учебного года. Для анализа использовалась порционная моча, собранная за период учебных занятий, до динамической паузы. В результате исследований были выявлены изменения экскреций 5-ОИУК на протяжении года (табл. 20). У первоклассников при Т-режиме примечательно нарастание экскреции 5-ОИУК к середине каждой четверти учебного года и спад к ее окончанию. В середине 1 четверти отмечается максимальный уровень экскреции 5-ОИУК (р<0,001) относительно исходного уровня на начало учебного года. Во 2 и 3 четвертях наблюдается аналогичная динамика: подъем экскреции к середине учебной четверти. Превышения уровня экскреции 5-ОИУК, который установился во 2 четверти, на протяжении учебного года не отмечалось (рис. 20). Увеличение обмена серотонина, выражающееся в повышении уровня экскреции 5-ОИУК примерно в 2 раза к 6-й нед обучения, можно рассматривать как включение пускового механизма адаптации. Достоверное снижение уровня экскреции 5-ОИУК за период осенних каникул, очевидно, свидетельствует о дезадаптации.
Рис. 20. Динамика экскреции 5-ОИУК у школьников при традиционном (Т) и экспериментальном (Э) режимах обучения
Принципиальных различий в уровне экскреции 5-ОИУК и характере динамики у девочек и мальчиков не выявлено, хотя и имеют место незначительные различия количественно-временнбго характера. У первоклассников при Э-режиме экскреция 5-ОИУК на протяжении года несколько иная, чем при Т-режиме. Так, при Т-режиме нарастание экскреции 5-ОИУК идет у школьников с большим напряжением систем серотонина в 1 четверти, тогда как при Э-режиме отмечается плавное нарастание экскреции от начала учебного года к середине 2 четверти (р<0,001) и снижение к концу полугодия (р<0,001). Очевидно, падение уровня экскреции обусловлено развивающимся утомлением, что снижает уровень обмена серотонина.
В 3 четверти экскреция 5-ОИУК у первоклассников при двух режимах обучения однонаправленна, однако уровень ее ниже у первоклассников при Э-режиме, равно как и в последней четверти учебного года. Различия в уровнях экскреции к концу учебного года в двух сопоставляемых коллективах первоклассников сглаживаются, что, по всей видимости, связано с различным уровнем развивающегося утомления. Увеличение (в большинстве случаев) уровня экскреции 5-ОИУК у первоклассников при различных режимах обучения от начала каждой четверти к ее середине после снижения или повышения этого уровня за время каникул позволяет нам объяснить изменение функционального состояния системы серотонина влиянием учебной нагрузки.
Э-режим для первоклассников «более физиологичен», так как адаптивные перестройки протекают плавно и с меньшей затратой энергии серотонинэргической системы. У второклассников уровень экскреции 5-ОИУК на протяжении всего учебного года ниже, чем был у этих же детей в 1 классе. Стабилизацию уровня экскреции в первом полугодии второго года обучения можно рассматривать как проявление долгосрочной адаптации. Плавное же нарастание уровня экскреции к середине 3 четверти у второклассников - результат адекватного усиления функции системы в ответ на возрастающую учебную нагрузку в этой четверти.
Увеличение экскреции 5-ОИУК у второклассников в начале учебного года, очевидно, связано с усилением функции серотонинэргической системы при врабатывании в ритм учебных занятий после летних каникул.
При Э-режиме у второклассников представилось возможным провести исследование содержания 5-ОИУК в моче до начала занятий (8 ч 30 мин) и после их окончания (11 ч 45 мин). В начале учебного года под влиянием учебной нагрузки наблюдалось существенное (на 3,2 мкг/мин) увеличение экскреции 5-ОИУК, через 6 нед (октябрь) нарастание показателя было незначительно (0,9 мкг/мин). Подобные изменения указывают на выраженность приспособительных реакций системы серотонина.
У второклассников при Э-режиме напряжение системы серотонина под влиянием учебной нагрузки было меньшим, чем у их сверстников при Т-режиме. Подобная особенность проявилась и у третьеклассников: среднегодовой уровень экскреции 5-ОИУК при Э-режиме обучения был 4,8 мкг/мин, т. е. ниже, чем при Т-режиме (разность 3,4 мкг/мин; ошибка разности 0,7 мкг/мин; t=4,8; р<0,001).
Известно, что ярко выраженная фазность реакции при нагрузках расценивается как нормальный обмен аминов, адекватный функциональному состоянию организма. Следовательно, мы вправе акцентировать лишь то обстоятельство, что Э-режим более «экономичен» с точки зрения синтеза и использования этого биологически активного амина. К этому можно добавить, что Т-режим на фоне препубертатного состояния организма учащихся вызывает большие сдвиги в обмене серотонина, чем Э-режим.
Изменения, возникающие у детей 7 - 11 лет в функциональном состоянии коры головного мозга, и сдвиги показателей активности САС и системы серотонина сочетаются между собой. Они связаны с эндогенными и экзогенными факторами.
Итак, изменения функционального состояния мозга у младших школьников в процессе адаптации к учебным нагрузкам протекают в двух направлениях. С одной стороны, имеют место изменения, связанные с перестройками деятельности ЦНС в условиях интенсивных умственных нагрузок. Эти изменения обусловлены, по всей вероятности, процессом утомления, . развивающимся на протяжении учебного года. С другой стороны, отмечаются изменения функционального состояния мозга, связанные с адаптацией учащихся к условиям обучения. Изменения наиболее четко проявляются к концу учебного года и заключаются в восстановлении уровня реактивности коры больших полушарий, обеспечивая тем самым условия для функционирования системы, адекватные требованиям внешней среды. Стабилизация функционального состояния высших отделов ЦНС на протяжении всего учебного года, вероятно, результат действия механизмов длительной адаптации, а также совершенствования регуляции деятельности ЦНС с возрастом.
Учебная нагрузка вызывает определенное напряжение САС. Это напряжение более выражено в период адаптации и дезадаптации учащихся. При Э-режиме у школьников 1 - 3 классов, одинаково у мальчиков и девочек, во все периоды учебного года наблюдалось меньшее напряжение САС, чем у их сверстников при Т-режиме. Активация САС наибольшая у детей на первом году обучения.
Наибольшее напряжение системы серотонина наблюдается у первоклассников в первые недели начала систематических занятий при Т-режиме. Сохранение уровня экскреции 5-ОИУК, установившегося к концу первого года обучения, в первом полугодии второго года обучения можно рассматривать как проявления долгосрочной адаптации. Адаптивные перестройки протекают в организме учащихся с большей затратой энергии серотонинэргической системы при Т-режиме, чем при Э-режиме.
