За реакціями організму на вплив зовнішніх чинників зазвичай стежать за змінами нейрогормональных механізмів. Відомі певні гормональні системи та гормони, виділення яких супроводжує кожну з фаз процесу пристосування до нових умов. Однак тісно пов'язані з цим метаболічні зміни під дією цих гормонів вивчені значно менше. Якщо в експерименті на моделях процесу адаптації такі дослідження проводяться вже давно, то в умовах пристосування до складних комплексів впливу в реальній обстановці набагато рідше.Разом з тим вони дуже важливі, особливо у віковій фізіології, так як відомо, що процеси адаптації організму, що росте, можуть вплинути на зростання і розвиток. Таке становище стало очевидним далеко не відразу.

Довгий час у віковій фізіології переважала думка, що процес адаптації проходить у повній мірі лише у дорослого зрілого організму. У зв'язку з цим дещо незвичним в цей час виглядало повідомлення про високий рівень метаболічних змін у дітей при адаптації до умов Заполяр'я. Виявилося, що адаптація до холоду у них супроводжувалася настільки ж значним збільшенням інтенсивності основного обміну, як і у людей, робота яких вимагає тривалого перебування на морозі.Опублікування цих досліджень викликало дискусію, пов'язану, правда, більше з трактуванням особливостей адаптації до холоду дорослих людей. В цей же час стало складатися думка, що в пристосувальних реакціях дорослої людини метаболічні зміни менш важливі, ніж перетворення нейрорегуляторных механізмів, адаптивні зміни яких для людини більш характерні.

В наших експериментальних дослідженнях було показано, що в процесі постнатального розвитку організація адаптивного процесу істотно змінюється. Якщо в більш ранньому віці адаптація супроводжується дуже глибокими перебудовами, що залучають у свою сферу процеси росту і розвитку, то в більш старшому віці роль метаболічних процесів знижується і все більшу роль починають грати нейрорегуляторные пристосувальні реакції. Можна уявити, що в онтогенезі людини така зміна рівня організації пристосувальних реакцій також має місце.Безсумнівно, воно повинно проявитися і при А дітей до умов школи, оскільки в цьому віці відбуваються значні перебудови систем енергозабезпечення різних функцій і адаптивні зміни можуть накладатися на них. При цьому, очевидно, різною буде адаптація першокласників у зв'язку з початком навчання у школі і повторна адаптація після літніх канікул у дітей більш старшого віку.

Останнім часом при вивченні тканинних механізмів адаптації все більше уваги набувають питання клітинної енергетики. Пристосувальні явища на рівні клітини, як правило, починаються зі змін клітинного енергетичного потенціалу, який визначається рівнем забезпеченості внутрішньоклітинних процесів енергією.Відомо, що провідну роль у підтримці клітинного енергетичного балансу відіграють мітохондрії, в яких процеси окисного фосфорилювання і рівень електрохімічного потенціалу на мембранах відіграють основну роль у підтриманні необхідної активності клітинного метаболізму. Тому не дивно, що з'явилися роботи, що показують, що перебудова мітохондріального апарату та процеси біогенезу мітохондрії є необхідним початковим компонентом запуску процесу адаптації на тканинному рівні.Природно, що на ранніх фазах адаптивного процесу активація тканинного обміну і перебудова системи субстратного забезпечення відбуваються під впливом відповідних гормонів, що в свою чергу може допомогти оцінити ступінь напруги адаптивного процесу.

Дія на організм різного роду факторів, що викликає адаптаційні перебудови в організмі, зазвичай пов'язане з додатковими енергетичними витратами. Зміни енергетичного обміну в умовах напруги організму реалізується на всіх рівнях: від организменного до клітинного.

В енергетичному гомеостазі організму певне місце належить НАД-залежних дегидрогеназам. Найбільш виразно це показано при адаптації до гіпоксії. Зміни кисневого режиму організму і тканин викликають виражені зрушення в активності дихальних окислювальних ферментів.Активність різних дегідрогеназ може падати або наростати, що визначається ступенем кисневого голодування, причинністю змін кисневого режиму клітини, тривалістю й повторюваністю гіпоксії.Так, провідну роль у формуванні метаболічної адаптації мозку до кисневого голодування відводять окисних ферментів.

Феномен адаптації до дефіциту кисню в тканині серця включає в себе збільшення діапазону компенсаторно-пристосувальних реакцій серця, куди входить підвищення активності таких окислювальних ферментів, як сукцинатдегидрогеназа (СДГ), малатдегидрогеназа (МДГ), лактетдегидрогеназа (ЛДГ). Підвищення активності ферментів, що беруть участь в окисненні субстратів циклу Кребса (СДГ і МДГ), свідчить про зростання ролі аеробного окислення в забезпеченні енергетичних потреб серцевого м'яза.Підвищення активності окислювальних ферментів і гликолитического шляху (ЛДГ) відображає універсальний характер впливу фактора тренування гіпоксією на потенційну здатність тканин (серця, мозку і скелетного м'яза) окислювати субстрати різними шляхами. В умовах адаптації це проявляється в збільшенні потужності і резервних можливостей різних метаболічних систем.

Підвищення активності окисних ферментів в ранній період адаптації, зокрема, до фізичних навантажень вважається хорошим прогнозом, що відображає високі резервні можливості організму, високий рівень працездатності.

При дослідженні адаптації до навчальної навантаженні в систему спостережень були включені вимірювання енергетичного обміну, бо зміни тканинних процесів і відповідна гормональна перебудова позначаться на інтенсивності обміну цілісного організму. Нами досліджена динаміка зміни обміну спокою у дітей 7 - 12 років протягом навчального року і фізична працездатність у його початку і кінці. Крім того, знаючи роль мінерало-кортикоидов в системі адаптивних реакцій організму, досліджували екскрецію з сечею ряду мінеральних речовин: Na, К, Са.

Для стандартизації умови вимірювання основного обміну та усунення впливу циркадних ритмів всі дослідження проводили в один і той же час першої половини дня, через 1,5 - 2 год після прийому їжі, у стані м'язового спокою і температурного комфорту, після 10 хв відпочинку і звикання до умов експерименту. Реєстровані при цьому величини теплопродукції, як показали спеціальні контрольні дослідження, не перевищували рівня основного обміну більш ніж на 5%.

Зміст Na, К, Са в сечі визначали методом полум'яної фотометрії на фотометрі ФПМ-1. Діурез враховували за 4 год перебування дітей у школі. Досліджувалися такі показники стану енергетичного обміну, активність окисних ферментів в крові, вміст молочної та піровиноградної кислот.

При аналізі зіставлялися дані, отримані протягом навчального року чи навіть кількох років у одного і того ж дитину, що дозволяло виділити індивідуальні особливості обмінних процесів та їх зміни в процесі адаптації до навчальної навантаженні. Зрозуміло, що особливу увагу було звернено на першокласників, бо найбільш значні зміни слід очікувати на першому році навчання в школі. Цей вік цікавий ще й тим, що збігається з періодом найбільш значних змін інтенсивності енергетичного обміну.

Як відомо, дошкільний і шкільний періоди характеризуються поступовим зниженням величини теплопродукції на одиницю маси тіла. Проте у віці 5 - 7 років зниження інтенсивності обміну спокою виявилося найбільш значним. При цьому було виявлено,що воно тісно пов'язане з проявом таких показників характерний для цього віку полуростового стрибка, як початок зміни зубів і відносний ріст кінцівок, який визначається за «філіппінському» тесту.Все це свідчить про те, що в старшому дошкільному віці величина, що характеризує інтенсивність основного обміну, є досить чутливим показником біологічного віку. І, мабуть, від того, наскільки в цьому періоді календарний вік відповідає біологічному, будуть залежати і можливості пристосування до умов школи і розумовому навантаженні. Все це може позначитися на динаміці обміну спокою протягом навчального року у першокласників, що представляють по рівню зрілості до моменту переходу в школу досить строкату картину.

Рис. 21. Зміна обміну спокою протягом навчального року у хлопчиків і дівчаток 1 - 3 класів при традиційному режимі навчання

Індивідуальні зміни обміну спокою протягом навчального року, особливо у першокласників, досить різноманітні, однак при їх усередненні можна бачити деякі найбільш виражені тенденції (рис. 21). Загальна інтенсивність обміну знижується, відображаючи вікові зміни. Однак на тлі зниження спостерігаються деякі відхилення, найбільші у першокласників. Висока інтенсивність обміну відзначена протягом першого півріччя та до кінця навчального року, особливо у хлопчиків.Звертає на себе увагу, що питома теплопродукція у дівчаток-второклассниц на початку навчального року виявилася вищою, ніж у них же на першому році навчання в період його завершення. Це явно суперечить віковій спрямованості зміни обмінних процесів і дозволяє розглядати деяке завищення показників енергетичного обміну як вираз метаболічної реакції адаптації до навчальної навантаженні. Така реакція характерна для дівчаток 1 і 2 класів і для хлопчиків 1 - 3 класів. У дівчаток 3 класу метаболічної реакції адаптації на початок навчального року немає.У цьому віці, незважаючи на дезадаптацію під час шкільних канікул, інтенсивність метаболізму залишається в межах вікової норми основного обміну; подібна картина спостерігалася у цих дівчаток і в наступному класі.

Спостережуване зниження з віком метаболічних змін у зв'язку з початком навчального процесу в школі може бути відображенням, з одного боку, поступового звикання дітей до обстановки школи і навчальної навантаженні, а з іншого - вікового зміни адаптивної реакції за рахунок зниження її метаболічного компоненту. Крім того, виявлено також і статеві відмінності. Якщо судити за даними вимірювання обміну спокою, то видно, що у дівчаток первинна і повторна адаптація до шкільних навантажень протікає з меншими відхиленнями обміну спокою, ніж у хлопчиків.Особливо це видно у третьокласників, коли у дівчаток вже не було метаболічного компоненту реакції адаптації, а у хлопчиків така реакція виражена ще виразно.

Усі наведені дані належать до того періоду, коли діяв Т-режим. Введення Е-режиму помітно позначилося на адаптивному процесі і на метаболічні зміни. Ми вже не бачимо різких відхилень інтенсивності теплопродукції, не відповідають віковій тенденції зміни основного обміну (табл. 21). Це може говорити про значно більш спокійному процесі пристосування дітей до шкільних навантажень, не супроводжується метаболічними реакціями.

Інтенсивність теплопродукції у дівчаток відповідає величинам основного обміну для цього віку і протягом навчального року практично не змінюється, що для 7 - 8-річних дівчаток цілком допустимо. У хлопчиків протягом першого півріччя обмін декілька вище, ніж в другому півріччі. До кінця року інтенсивність обміну виразно знижується, засвідчуючи про виявлення вікової тенденції зміни основного обміну.

Разом з тим серед першокласників виявилася невелика група дітей, ваго-ростові показники яких не вкладалися в межі норми для цього віку. Інтенсивність теплопродукції у хлопчиків цієї групи була дуже високою протягом всього навчального року, не виявляючи скільки-небудь значного вікового зниження до кінця року: 1-е вимір - 1,97; 2-е - 1,85; 3-е - 1,81 і 4-е - 1,88 ккал/кг ч. Збереження напруженості метаболічних процесів протягом усього навчального року позначилося і на успішності цих дітей.Хоча інтенсивність метаболізму, якщо судити за величиною основного обміну, при адаптації більшості дітей 7 - 10 років до навчальної навантаженні суттєво не змінюється, це ще не значить, що залишається без зміни клітинна і ферментна організація обмінних процесів. Для більш поглибленого вивчення деяких сторін метаболізму досліджено активність ферментів, що беруть участь в окисно-відновних перетвореннях.Ці ферменти, з різних причин потрапляючи в кров і змінюючи тим самим ферментну активність її плазми, дають можливість судити про ферментних перебудовах тканинного і клітинного метаболізму.

Так як одним з механізмів метаболічної перебудови при адаптивної реакції організму, і зокрема енергетичного обміну, є зміна активності окислювальних ферментів тканин, залучених в адаптаційний процес, представляло інтерес вивчити активність МДГ і ЛДГ-ферментів, що мають пряме відношення до енергетичного метаболізму. Перший фермент (МДГ) у великій кількості міститься в мітохондріях як неодмінний учасник циклу Кребса, здійснюючи окислювальне перетворення малату в оксалацетата.Крім того, деяка кількість цього ферменту знаходиться в цитозолі, наприклад, бере участь у функціонуванні піруват-малатного циклу, необхідного в печінці для синтезу жирних кислот.

Встановлено, що на початку навчального року активність МДГ і ЛДГ у плазмі крові дітей 1 та 3 класів знаходилася в межах вікової норми і становила відповідно 1,68 +-0,5 і 1,50 +-0,2 од. Бюх./мл для МДГ і 207,8 +-9,1 і 184,3 +-7,6 од. Вр. мл для ЛДГ.

Виявилося, що в процесі навчальної діяльності змінюється активність окисних ферментів крові. Активність досліджених ферментів через 6 тижнів навчання у першокласників значно зросла і перевищувала вихідний рівень для МДГ на 133%, а для ЛДГ на 49% (рис. 22).Изоферментный спектр ЛДГ не зазнавав при цьому суттєвої перебудови.

Рис. 22. Динаміка вмісту гемоглобіну, МДГ, загальної та изоферментной активності ЛДГ у школярів 1 і 3 класів протягом навчального року при експериментальному режимі навчання

На початку другого півріччя, відразу ж після зимових канікул, активність МДГ і ЛДГ у першокласників була трохи нижче, ніж на початку навчального року, при цьому активність аеробних ізоферментів ЛДГ істотно зростала. Через 5 тижнів занять у 3 чверті у першокласників активність ЛДГ була на 36% вище, ніж на її початку, при цьому на 20% підвищилася активність анаеробних фракцій ЛДГ. Активність МДГ достовірно не змінювалася за цей період. На початку 4 чверті, після весняних канікул, рівень активності ЛДГ був вище, ніж на початку 1 і 3 чвертей.Через 5 тижнів занять відзначалося достовірне підйом активності ЛДГ на 16%. Суттєвої перебудови изоферментного профілю у порівнянні з початком 4 чверті не спостерігалося, однак порівняно з початком навчального року спектр відрізнявся активацією анаеробних фракцій. Активність МДГ на початку 4 чверті була в тих же межах, що на початку 3 чверті. Через 5 тижнів занять у 4 чверті активність МДГ збільшувалася на 64%.

На початку року активність МДГ, ЛДГ та її ізоферментів перебувала у третьокласників в тих же межах, що і у першокласників (див. рис.22). Через 6 тижнів активність МДГ збільшилася на 49%, а активність ЛДГ на 30%. На початку 3 чверті у третьокласників як і у першокласників, активність МДГ була дещо нижче рівня на початку навчального року; активність ЛДГ знаходилася в межах норми. Через 5 тижнів занять у цій чверті значущих відхилень не відзначалося.