Физическая культура и физическое воспитание студентов в техническом вузе

В основное отделение зачисляются студенты, отнесенные к 1 и 2 функциональной группе здоровья. В тоже время в нашем университете студентов распределяют на отделения:

- ОФП (отделение общей физической подготовки), где занимаются студенты мужского состава.

- ОЖГ (отделение женской гимнастики), где занимаются студентки.

В спортивном отделение НИ ИрГТУ зачисляются студенты, отнесенные к 1 и 2 функциональным группам здоровья, где занимаются такими видами спорта как бокс и пауэрлифтинг.

В специальное учебное отделение зачисляются студенты, отнесенные по данным медицинского обследования к 3 и 4 группе здоровья. Учебные группы комплектуются с учетом уровня их функционального состояния, пола.

Тех, кто по состоянию здоровья освобожден от практических занятий на длительный срок, зачисляют в специальное учебное отделение для освоения доступных разделов программы.

Перевести студента из одного учебного отделения в другое можно по его желанию только после успешного окончания семестра или учебного года. Перевод студентов в специальное учебное отделение на основе медицинского заключения может производиться в любое время учебного года.

При проведении зачетов студенты, освобожденные на длительный период от практических занятий, выполняют письменную тематическую контрольную работу, связанную с характером их заболевания, и сдают зачет по теоретическому разделу программы. Также предлагаются индивидуальные образовательные маршруты по программе самоподготовки. Такие студенты принимают участие и в мониторинговых обследованиях по линии НИРС (научно-исследовательской работы студентов).

В физическом воспитании студентов используются разнообразные формы учебных и внеучебных занятий на протяжении всего периода обучения в вузе. Учебные занятия проводятся в форме:

- теоретических, практических, контрольных;

- элективных методико-практических и учебно-тренировочных занятий;

- индивидуальных и индивидуально-групповых дополнительных занятий или консультаций;

- самостоятельных занятий по заданию и под контролем преподавателя.

Внеучебные занятия организуются в форме:

- выполнения физических упражнений и рекреационных мероприятий в режиме учебного дня;

- занятий в спортивных клубах, секциях, группах по интересам;

- самодеятельных занятий физическими упражнениями, спортом;

- массовых оздоровительных, физкультурных и спортивных мероприятий (Ильинич В. И., 2001; Коваленко В. А., 2000).

Особенностью построения учебного процесса по физическому воспитанию в ОЖГ НИ ИрГТУ является внедрение и использование технологии фитнес-аэробики в совершенствование учебного процесса по физическому воспитанию студенток технического вуза. Новая программа позволяет повысить эффективность учебного процесса и более полно реализовать поставленные задачи с учетом интересов занимающихся по предмету физической культуры.

Основное содержание занятий в отделении ОФП составляет общая физическая подготовка, легкая атлетика и атлетическая гимнастика.

Основные средства, используемые для проведения занятий физической культурой со студентами специального медицинского отделения:

- общеразвивающие упражнения, дозированная ходьба, бег;

- дыхательные упражнения с применением традиционных и нетрадиционных и нетрадиционных методов;

- корригирующая гимнастика;

- психофизические упражнения восточной (китайской, тибетской) гимнастики, Тайцзицюань, Цигун;

- упражнения с использованием межполушарных взаимодействий;

- элементы спортивных игр;

- фитнес-аэробика (базовые шаги);

- упражнения на тренажерах.

В течение всего периода обучения студентов в вузе осуществляется мониторинг физического развития и физической подготовленности в рамках Федеральной целевой программы «Об общероссийской системе мониторинга состояния физического здоровья населения, физического развития детей, подростков и молодежи», согласно Постановления № 916 Правительства РФ от 29.12.2001 года. Использование мониторинговых технологий позволяет строить учебный процесс по физическому воспитанию студентов в следующей последовательности: в начале каждого учебного года проводится исследование физического развития и физической подготовленности обучающихся, что позволяет не только получить оценку исходного уровня их параметров, но и внести коррективы в проведение учебного процесса и обеспечить более индивидуализированный подход к нему.

В конце каждого учебного года проводится организация внутрифакультетских и внутривузовских соревнований по тестам физической подготовленности, рекомендованных положением о Всероссийском мониторинге физического здоровья населения, физического развития детей, подростков и молодежи (Семенов Л. А., 2007 г.; Лебединский В. Ю. с соав., 2008 г.; Шпорин Э. Г. с соавтор., 2010-2012 гг.).

Тема № 2. Социально-биологические основы физической культуры

2.1 Социально-биологические основы физической культуры

В настоящее время основной методологической базой развития любой науки и отрасли знаний является использование системного анализа (Анохин П.К.,1975; Сорокин А.П., 1977; Судаков К В., 1987; Кочетков А.Г., Стрельникова И.Г., 1994; Лебединский В.Ю. Васильев В.Г., 1997 и др.). С его позиций физическая культура и спорт представляют собой сложную, полуоткрытую систему биосоциального уровня, которая должна характеризоваться целостностью и выделенностью.

Принципы системного подхода позволяют характеризовать ее целостность на основе:

1) уже имеющихся знаний;

2) анализа ее структурно-функциональной организации, условий и причин изменчивости;

3) получение о ней новых знаний на основании более глубокой аналого-синтетической деятельности.

С позиций системного анализа невозможно представить функционирование этой системы без ее взаимодействия с внешней средой, которая должна быть от нее выделена, так как без взаимодействия с последней она будет нежизнеспособна, ибо должна с ней обмениваться веществом, энергией и информацией. Их взаимодействие носит сложный, многокомпонентный характер, потому что внешняя среда не однородна. Многочисленные ее параметры следует рассматривать и представлять в виде дискретно-существующих факторов (сигналов), отличающихся друг от друга характером действия (спецификой), силой и протяженностью во времени.

Следует также отметить, что любая система только тогда жизнеспособна и может эффективно функционировать, когда она представляет собой динамичную саморегулирующуюся организацию, системнообразующим фактором которой будет являться конечный полезный результат, инициированный воздействием факторов внешней среды.

Сказанное выше демонстрирует еще один признак систем - организацию. То есть все элементы (компоненты), составляющие систему, должны быть организованы в пространстве и во времени, взаимодействуя на достижение конечного полезного результата. Эта ее организация проявляется лишь в процессе взаимодействия самой системы с факторами внешней среды (суперсистемы) и характеризуется пространственной закрепленностью и временными отношениями, обуславливающими ее целостность.

Пространственная закрепленность взаимодействующих элементов системы представляет собой ее структуру (взаимодействие элементов, описанное в пространстве), а функция - это взаимодействие элементов, описанное во времени - то есть это та ее работа, которая направлена на получение конечного полезного результата.

Формирование и функционирование любой как биологической, так и биосоциальной системы возможно только при наличии системообразующего фактора, который является внешним относительно этой системы и составляет часть взаимодействия самой системы и внешней среды (суперсистемы). Это взаимодействие совершается и проявляется с использованием переноса вещества, энергии и информации, а сама система должна обладать свойствами: самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизведения, которые адекватно изменяются по отношению к динамике условий внешней среды.

Следовательно, с позиций системного анализа сферу физической культуры и спорта следует представить как сложную биосоциальную систему, состоящую из трех основных компонентов, каждый из которых имеет свой системообразующий фактор и конечный полезный результат.

Массовые занятия физической культурой и уровень физического здоровья (I) нации являются базой для развития как массового спорта (II), так и спорта высших достижений (III), а без ее достаточного эффективного функционирования не возможно их успешное развитие.

Кроме того, с учетом динамики изменения морфофункциональных характеристик организма человека в возрастном аспекте следует говорить о трех основных этапах функционирования этой подсистемы «физическое воспитание»: Период развития организма человека (до зрелого возраста) - здоровьеформирование.

I. Зрелый возраст - здоровьссохраненне

II. Инвалюция (старшие возрастные группы) - здоровьесберсжение (поддержание здоровья).

Кроме того, в процессе формирования и функционирования любой биосоциальной системы отмечается специализация образующих ее элементов, которые являются системами более низкого уровня организации.

Выделяются три их основные группы:

1. «рабочие» элементы;

2. элементы «обеспечения»;

3. элементы «регуляции».

1. Рабочие элементы - это главные, основные элементы системы, через взаимодействие которых реализуется достижение конечного полезного результата

Понятно, что ведущим компонентом в этом взаимосодействии всегда будет учитель, преподаватель, тренер, от квалификации и профессионализма которых и будет зависеть достижение соответствующего образовательного и воспитательного эффекта (конечного полезного результата).

Удивительно наблюдать, что очень много наших тренеров работает за границей (спортивная гимнастика и др.), а их ученики и дети достигают выдающихся успехов, вплоть до уровня Олимпийского чемпиона. Не думается, чтобы они были бы не востребованы на родине, когда наши успехи в этих видах спорта малоутешительны.

2. Элементы обеспечения - включают в себя финансовое, материальнo-техническое, медико-биологическое, научно-методическое и т.д. обеспечение, без достаточного развития которых, на современном этапе невозможна результативная работа рабочих элементов этой системы.

В этом плане впечатляют успехи китайского спорта, который взял все лучшее из нашего и мирового опыта и даже превзошел его. Создана отличная материально-техническая база, особенно в вузах, выделяются достаточные финансовые средства, привлекаются со всего мира, включая и Россию, лучшие, высококвалифицированные тренерские, научные, медицинские кадры, что обеспечивает достижение высоких результатов в различных видах спорта.

3. Элементы регуляции - обеспечивают регламентацию (нормативно-правовые документы и др.) деятельности самой системы (физическая культура и спорт), взаимодействие ее с другими системами своего (здравоохранения, образования и др.) уровня, самих элементов в системе и ее взаимодействие с суперсистемами государственного, общественного и международного уровня.

В последнее время на федеральном уровне принят Закон о физической культуре и спорте, однако в субъектах Российской Федерации и на муниципальном уровне не все его положения в настоящее время осознаны и реализованы, особенно статьи о мониторинге здоровья населения, физического развития детей, подростков и молодежи.

Исходя из вышеизложенного и из современного состояния в России сферы физической культуры и спорта, следует большое внимание уделить на следующие основные моменты, с учетом которых следует провести реорганизацию этого направления деятельности в государственных структурах.

Необходимо:

1. привести организационные формы этой деятельности в соответствие с новыми общественно-политическими и социально - экономическими условиями жизни в нашем государстве;

2. главный акцент в физической культуре должен быть сделан на уровень физического здоровья различных групп населения, особенно подрастающего поколения;

3. необходимо совершенствовать систему и условия физического воспитания обучающихся, особенно по месту их жительства и учебы;

4. обеспечить развитие системы подготовки специализированных кадров (учителя, тренеры, спортивные врачи, психологи), которые должны обладать высокой квалификацией для успешной работы в области физической культуры, спорта и других смежных отраслей знаний;

5. нужно повысить престижность работы учителей физической культуры и тренеров по разным видам спорта, включая ее конкурентность с другими государствами, и обеспечивая им достойный уровень заработной платы. Оценка эффективности их работы должна осуществляться по успешности достижения конечного полезного результата;

6. повысить уровень материально-технического обеспечения условий занятий физической культурой и спортом, особенно в вузах и других учебных заведениях, которые должны стать одной из базовых основ для успешного развития как массового спорта, так и спорта высших достижений;

7. необходимо вернуться к более качественному, инновационному, научно - методическому и медико-биологическому обеспечению (комплексные научные группы) физкультурно-оздоровительной и спортивной работы;

8. для повышения конкурентоспособности в спорте высших достижений необходимо организовать несколько (возможно по одному в каждом федеральном округе) специализированных центров подготовки высококлассных спортсменов по различным видам спорта с их финансированием как из федерального бюджета, так и из бюджета субъектов РФ. Эффективность работы этих центров также должна оцениваться и премироваться в соответствии с уровнем достигнутых результатов. Достойным примером могут служить центр подготовки борцов (г. Красноярск) или центр подготовки по спортивной ходьбе (Республика Мордовия).

В то же время, на любом этапе научного исследования и подготовки высококвалифицированного специалиста, а тем более на их начальной стадии, где закладываются фундаментальные знания о строении и функционировании человеческого организма в целом, непременно должны осуществляться и использоваться принципы системного подхода, позволяющие характеризовать целостность объекта (биосистемы различного уровня организации) на основе:

1) уже имеющихся знаний;

2) анализа структурно-функциональной организации системы, условий, причин изменчивости и факторов формирования ее структур;

3) получения новых знаний об объекте на основании более глубокой аналого-синтетической деятельности исследователя и обучаемого.

С позиций системного подхода невозможно представить формирование и функционирование любой биологической системы и спортсмена, в частности, без ее взаимодействия с внешней средой, так как без взаимодействия с последней она нежизнеспособна. Это можно обосновать также тем, что в живой природе практически не встречаются полностью закрытые, автономные системы, поскольку для обеспечения их жизнедеятельности необходим обмен с внешней средой веществом, энергией и информацией, иначе биосистема погибнет. Нежизнеспособны также и открытые биологические системы.

Взаимодействие организма или его систем с окружающей их средой носит сложный многокомпонентный характер, наиболее полно разобраться в котором можно только на основе системного анализа. Прежде всего сама окружающая нас среда неоднородна, как по составу, так и по интенсивности воздействия ее на организм человека и животных. Многочисленные ее параметры можно и следует представить в виде дискретно существующих факторов (сигналов), отличающихся друг от друга характером действия (спецификой), силой и протяженностью во времени.

На основании вышеизложенного следует отметить, что биосистема любого уровня организации характеризуется не только целостностью, но и должна обладать выделенностъю (изолированность) от внешней среды. Воздействие на нее факторов внешней среды будет являться одним из основных звеньев и пусковым механизмом, определяющим не только морфофункциональные особенности их строения, но и направленность, выраженность приспособительных изменений структуры систем любого уровня организации, в частности опорно-двигательного аппарата.

Таким образом, одним из основных признаков и свойств живой системы является ее выделенность, то есть система имеет разграничительные с суперсистемой (внешней для нее средой) элементы, которые составляют ее субсистемы, организованы в пространстве (структурная характеристика) и во времени (характеристика функции и процесса). Выделенность системы из суперсистемы (внешней среды) как в пространстве, так и во времени согласуется со способностью биосистем формировать ее неравновесное состояние с суперсистемой и механизмы его удержания. Неравновесность живой системы с внешней средой определяется выработкой ею механизмов поддержания относительного постоянства своей организационной структуры и функции, то есть механизмов гомеостаза и гомеокинеза.

Обособленность систем имеет также существенный качественный характер, а не только пространственный или временной, поскольку каждая система любого уровня организации имеет свой структурный, функциональный, термодинамический гомеостаз и отличается как от предыдущей, так и от последующих систем в их иерархической организации.

Осуществление и реализация пространственного и временного континуума живой системы возможно только лишь при получении вещества, энергии и информации из источников суперсистемы, использование которых имеет место в процессе их взаимодействия. Из этого следует, что полного изосостояния системы с внешней для нее средой (суперсистемой) не может быть, поскольку в этом случае будет иметь место потеря кардинальных свойств живой системы - ее выделенности и целостности, - которые обеспечиваются разграничительными структурами системы и структурами воспроизводства элементов ее взаимодействия с внешней средой.

Следует также отметить, что каждая биологическая система различного иерархического уровня только тогда жизнеспособна, когда она представляет собой динамическую саморегулирующуюся организацию, системообразующим фактором которой будет являться конечный полезный результат, инициированный воздействием факторов внешней среды (Анохин П.К., 1968, 1975; Сорокин А.П., 1973, 1977, 1977, 1982; Судаков К.В., 1987; Макаров А.К., Лебединский В.Ю., Корытов Л.И., 1989; Васильев В.Г., Лебединский В.Ю., 1990; Лебединский В.Ю., Васильев В.Г., Корытов Л.И., 1990; Кочетков А.Г., Сорокин А.П., Стельникова И.Г., 1992; Лебединский В.Ю., Васильев В.Г., 1993; Кочетков А.Г., Стельникова И.Г., 1994; Шпорин Э.Г. с соав., 2011 и др).

Становится ясным, что организм человека является сложной многоуровневой полуоткрытой биосоциальной системой, которая состоит из подсистем различного уровня организации. В то же время, живая система любого конкретного уровня организации является частью, компонентом (субсистемой) системы более высокого иерархического уровня (суперсистемы). Она для этой системы будет являться внешней средой.

В свою очередь, эти системы также состоят из субсистем более низкого уровня организации, для которых они сами уже представляют внешнюю среду. Сказанное выше отражает признак иерархии, который характерен для живых систем, а сама иерархия определяет наличие исходящих из нее следующих обязательных характеристик живых систем: признак относительной автономности и признак соподчиненности.

Системы более высокого уровня организации, образующиеся в результате объединения и взаимодействия систем предыдущей ступени иерархического уровня, всегда относительно обособлены одна от другой и от внешней среды (суперсистемы) для каждой из них.

Критериями иерархических уровней систем служат:

1) наличие органического отношения целого и его основных элементов между системами одного уровня организации и образованиями другого уровня;

2) наличие существенных специфических признаков, присущих системам каждого из основных уровней организации живой материи.

Н.П.Наумов (1964) насчитывает девять уровней организации живой материи, подразделяемых на три основных группы:

1) биологические микросистемы (молекулярный, мицеллярный, клеточный);

2) биологические мезосистемы (тканевой, органный, орга- низменный);

3) биологические макро- и мегасистемы (видовой, популяционный, биоценозов и биосферный).

А.П.Сорокин (1977) дополнительно к этим уровням вводит уровень «система органов» и другие уровни. Г.Г.Автандилов (1990) выделяет десять структурно-функциональных уровней биологической организации.

На наш взгляд, исходя из результатов изучения строения человеческого организма и его различных структурных компонентов (система органов, орган, клетка и др.) с использованием системного подхода, достаточно различать следующие иерархические уровни организации, которые соответствуют основным обязательным и необходимым признакам (целостность, выделенностъ, наличие специфических признаков и т.д.) живых систем.

Наряду с этим, в соответствие с работами Анохина П.К., 1968, 1975 и Судакова К.В., 1987, выделяются и функциональные системы, которые могут объединять не только системы, но и их элементы различного иерархического уровня для достижения конечного полезного результата. К ним можно отнести функциональные системы, представляющие собой взаимосодействие нейронов по обработке информации, принятию решения и реализации ответных реакций на воздействие факторов внешней среды. Кроме того, к ним можно отнести такие функциональные системы, как система кислородообеспечения организма, система обеспечения организма пластическими и энергетическими веществами, система выведения продуктов метаболизма, и т.д.

Так, например, функциональная система кислородообеспечения организма будет представлять собой взаимосодействие аппарата внешнего дыхания, сердечно-сосудистой системы (уровень системы органов), интерстециального сектора органов (органный уровень) и тканевое дыхание (клеточный уровень), последовательно через которые в организм поступает кислород и в обратном направлении выводится углекислый газ.

Аналогичным образом включает в свой состав биосистемы и их элементы различного иерархического уровня и функциональная система обеспечения организма пластическими, энергетическими веществами и водой: аппарат внешнего пищеварения, сердечно-сосудистая система (уровень системы органов), интерстециальный сектор органов (органный уровень) и внутриклеточная утилизация пластических, энергетических веществ (клеточный уровень). В обратном направлении осуществляется выведение продуктов их метаболизма во внешнюю среду, которая для каждого компонента этой функциональной системы будет являться частью суперсистемы, а для аппарата внешнего пищеварения - внешней средой.

Если рассматривать функциональную систему выведения продуктов метаболизма в более широком смысле, которая также начинается с клеточного уровня, то в ее составе как завершающий отдел кроме аппарата внешнего дыхания и внешнего пищеварения, граничащих с внешней средой следует рассматривать и мочевую систему с кожей, через функционирование которых также реализуется выведение в нее продуктов метаболизма и жидкости, но через потовые железы кожи оно осуществляется в минимальном объеме.

Сказанное выше демонстрирует еще один признак биосистемы - организацию, то есть все элементы (компоненты), составляющие систему, - субсистемы более низкого уровня организации - организованы в пространстве и во времени, взаимодействуя на достижение конечного полезного результата. Эта организация систем проявляется лишь в процессе взаимодействия самой системы с фактором внешней среды (суперсистемы) и характеризуется пространственной закрепленностью и временными отношениями, обусловливающими целостность как самой системы, так и суперсистемы.

Пространственная закрепленность взаимодействующих элементов системы представляет ее структуру, то есть любая живая система структурирована. Таким образом, структура системы - это взаимодействие элементов системы, описанное и пространстве, а функция - это взаимодействие элементов системы, описанное во времени, это та работа системы, которая направлена на получение конечного полезного результата.

Формирование и функционирование любой биосистемы возможно только при наличии системообразующего фактора, который является внешним относительно этой системы сигналом и составляет часть взаимодействия самой системы и среды (суперсистемы). Это взаимодействие всегда совершается и проявляется переносом вещества, энергии и информации и реализуется (в широком смысле) через различные виды движения.

Кроме того, это взаимодействие происходит на пространственных контактно - разграничительных структурах системы, которые и являются результатом (следствием) такого взаимодействия. Чем более выражены разграничительные структуры системы и суперсистемы, тем более выделена сама система, и тем более сложным и специализированным становится процесс ее обмена с суперсистемой веществом, энергией и информацией.

Наряду с этим в живых системах выявляется еще один существенный признак - наличие механизмов восстановления элементов или компонентов системы, утраченных в процессе взаимодействия (функции), а также репродукция (размножение) и самой системы в целом.

Таким образом, любая биосистема обладает следующими основными свойствами: самоорганизация, саморегуляция и самовоспроизведение.

В процессе формирования и функционирования любой биологической системы отмечается специализация ее основных элементов. По А.П.Сорокину (1977) выделяются «рабочие» элементы, через деятельность которых осуществляются специфические ответные реакции (функция) системы на воздействие факторов внешней среды; элементы «регуляции», осуществляющие координацию и регуляцию ответных реакций, и элементы «обеспечения», осуществляющие трофические, пластические процессы в системе, восстановление утраченных структур и репродукцию.

Резюмируя сказанное, можно выделить следующие обязательные основные компоненты живых систем различного иерархического уровня:

1) пространственные контактно-разграничительные структуры;

2) специфические «рабочие» элементы;

3) элементы «регуляции»;

4) элементы «обеспечения», наличие которых не только обязательно (иначе теряется смысловое представление о системах), но и характерно для биологической и биосоциальной систем любого уровня организации.

С учетом вышеизложенного следует отметить, что человеческий организм, являясь самостоятельной биологической системой и в то же время элементом социальных, экологических и других суперсистем, состоя из подсистем более низкого уровня организации (уровень «система органов»):

1) кожа, слизистые оболочки внутренних органов и др. - пространственные контактно-разграничительные структуры, обеспечивающие его выделенность от внешней среды, через которые осуществляется обмен с ней веществом, энергией и информацией;

2) структуры опорно-двигательного аппарата (сома) - «рабочие» элементы, через деятельность которого осуществляется реализация любых ответных реакций организма на воздействие факторов внешней среды;

3) нервная система, эндокринные органы и др. - элементы «регуляции», которые осуществляют восприятие информации из внешней для нее среды, от элементов самой системы, ее обработку, координацию деятельности элементов системы и регуляцию ее ответных реакций, зависящих от характера (свет, звук, запах, вкус, температура, тактильная чувствительность и др.) и интенсивности воздействия внешних раздражителей;

4) аппарат внешнего пищеварения, внешнего дыхания, сердечно-сосудистая система, мочеполовой аппарат и др. - элементы «обеспечения», через деятельность которых осуществляются и поддерживаются обменные, пластические процессы - метаболизм в организме и репродукция.

Иерархическую организацию биосистем организма, его внутренних сред и коммуникационных систем, обеспечивающих трофические, пластические процессы в нем, обмен веществом, энергией и водой между подсистемами различного уровня организации и самого организма с внешней средой.

Схему иерархической организации коммуникационных систем организма можно представить следующим образом:

1. Аппараты, системы органов.

2. Барьеры между внешней и внутренней средой организма (кровью) -- аэрогематический барьер и др.

3. Гематотканевые барьеры.

4. Кожа, слизистые оболочки.

® -- воздействие факторов внешней среды и выведение экскретов.

Исходя из анализа предлагаемой схемы, можно легко представить выделенность биосистем основных уровней организации и проследить то, что обмен веществом, энергией и водой не только между организмом и внешней средой, но и в самом организме осуществляется поэтапно (соответственно иерархическим уровням организации биосистем) и происходит через различные оболочки, барьеры и мембраны.

Основными этапами этого обмена будут являться:

1) внешняя среда кровь;

2) кровь интерстициальная жидкость;

3) интерстициальная жидкость цитоплазма кариоплазма.

В обратном направлении происходит выведение экскретов во внешнюю для системы среду.

Исходя их вышеизложенного, еще раз следует подчеркнуть, что организм человека как биологическая система (суперсистема) состоит из взаимосодействующих на получение конечного полезного результата элементов, которые являются уже самостоятельными системами более низкого уровня организации - уровень системы органов.

К ним в организме человека и животных следует относить: опорно-двигательный аппарат («рабочие» элементы суперсистемы), аппарат внешнего дыхания (дыхательная система), аппарат внешнего пищеварения (пищеварительная система), мочеполовой аппарат и сердечно-сосудистую систему, которые относятся к элементам «обеспечения» суперсистемы.

К элементам «регуляции» суперсистемы (организм) наряду с воздействием факторов внешней среды следует относить: нервную систему, эндокринные органы.

Все эти элементы суперсистемы так же, как и сама система обладают выделенностью от внешней среды, которая обеспечивается наружными оболочками. Так, сердечно-сосудистая система, являясь замкнутым образованием, состоящим из различных сосудов, с одной стороны граничит с внешней средой в органах внешнего дыхания (аэрогематический барьер), в желудочно-кишечном тракте, в мочеполовой системе, в коже, обмениваясь с ней веществом и энергией. С другой стороны - она граничит со внутренней средой органов (гематотканевые барьеры), обмениваясь также уже с их интерстециальным пространством веществом и энергией.

Аппарат внешнего дыхания, внешнего пищеварения, мочеполовой, опорно-двигательный аппарат, эндокринная, нервная системы и т.д. также обладают определенной выделенностью от внешней среды.

В свою очередь, если рассматривать эти системы как самостоятельные биологические системы (уровень системы органов), они также состоят из структурных элементов, которые можно рассматривать как самостоятельные системы более низкого иерархического (органного) уровня организации.

Так, любой орган как самостоятельная биологическая система также имеет четыре группы основных обязательных структурных компонентов, которые свойственны любым живым системам этого уровня организации:

1. Пространственные контактно-разграничительные структуры (наружные соединительно-тканные оболочки органов); внутренняя среда органов (интерстиции) также отделена от внешней для нее среды (кровь) гематотканевыми барьерами.

Однако, внутриорганное сосудистое русло следует рассматривать как элемент обеспечения самой биологической системы органного уровня организации вследствие того, что оно не только входит в структурную организацию органов, обеспечивая взаимодействие с их структурными элементами, но и через них (внутриорганная капиллярная сеть) осуществляется поступление в эту систему необходимых для ее жизнедеятельности пластических, энергетических веществ, воды и выведение продуктов метаболизма;

2. «рабочие» элементы - это те элементы в нем, которые обеспечивают выполнение специфической работы (функции) биосистем органного уровня организации. Так, в мышцах - это будут мышечные клетки, в эндокринных органах - секретирующие клетки, в нервной системе - нейроны, а в костной ткани - специфические структуры соединительно-тканной природы (костные пластинки, костные балки) и т.д.;

3. элементы «обеспечения». На уровне органа к ним в первую очередь следует относить его интерстициальный сектор, образованный соединительной тканью, через который к специфическим рабочим элементам органа (клеткам) поступают пластические, энергетические вещества, вода, а с ней и гуморальные факторы регуляции жизнедеятельности этих живых систем.

Кроме того, не следует забывать, как отмечалось выше, и о состоянии внутриорганного сосудистого русла, которое также можно отнести к элементам обеспечения биосистемы этого уровня.

Наряду с этим, волокнистые структуры соединительной ткани образуют внутренний опорный каркас органа (строму), который вместе с его наружной оболочкой предопределяет не только форму, но и особенности его внешнего строения;

4. элементы «регуляции». К этим элементам системы органного иерархического уровня следует относить внутриорганную нервную систему, обеспечивающую как соматическую, так и вегетативную регуляцию процесса их жизнедеятельности

Необходимо также учитывать и регуляторные воздействия на функционирование этой системы и гуморальных факторов, которые поступают в орган через кровь.

В тоже время, если рассматривать следующий иерархический уровень организации биосистем, то характерным для всех живых систем признаком - выделенностью - будет обладать клетка, которая может рассматриваться с позиций системного анализа как самостоятельная биологическая система. Выделение тканей как самостоятельных биологических систем достаточно необоснованно и проблематично, так как они не обладают этим признаком.

Следовательно, любая клетка, как самостоятельная биологическая система также состоит из четырех групп основных обязательных компонентов (субклеточные структуры) и они уже могут рассматриваться как самостоятельные системы более низкого уровня организации:

1. пространственные контактно-разграничительные структуры. Каждая клетка от внешней среды, которой для нее является интерстиции органов, отделена своей наружной оболочкой;

2. «рабочие» элементы в клетках представлены различными структурами с учетом специфики рассматриваемого органа. Если анализировать мышечную клетку, то этими элементами будут являться миофибриллы, если рассматривать секретирующие клетки, то к ним следуют относить ее секреторный аппарат и т.д.;

3. элементы «обеспечения». К ним следует отнести клеточные структуры, которые обеспечивают ее жизнедеятельность, утилизируя кислород, пластические, энергетические вещества и выводя во внешнюю для нее среду (интерстиции органов) продукты жизнедеятельности (митохондрии, выделительные вакуоли и др.);

4. элементы «регуляции». Основным фактором, определяющим регуляцию жизнедеятельности клетки является тот генетический код, который заложен в ее ядре. Кроме того, она обеспечивается и той информацией, которая поступает к ней из внешней для нее среды - интерстиция органов и от нейронов.

Следующий момент, на котором следует остановиться - это факторы регуляции жизнедеятельности биологических систем различного уровня организации, которые могут быть не только факторами формирования, но и причинами изменчивости их структур.

В первую очередь их следует разделить на две основных группы: внесистемные (воздействие факторов внешней среды) и внутрисистемные.

Ко второй группе этих факторов следует относить:

1. генетический фактор, который в основном работает на клеточном уровне;

2. фактор взаимодействия элементов в системе (межклеточные, межорганные взаимоотношения и т.д.);

3. фактор функции;

4. нейро-гуморальная регуляция.

В различные периоды роста, развития, созревания, зрелости и инволюции биосистем (по Сорокину А.П., 1977, - их юность, зрелость и старость) в условиях нормы, при формировании пред- и патологических изменений каждый из этих факторов может занимать лидирующее положение и определять направленность и выраженность морфофункциональных перестроек системы любого уровня организации.

Так, в пренатальный и ранний постнатальный периоды развития организма ребенка в морфогенезе его структур доминирует генетический фактор, который предопределяет характер онтогенетического развития биосистем различного уровня организации, общие принципы их строения, взаимоотношение, взаиморасположение элементов в системах и возможность их функционирования. На более высоких уровнях организации биосистем (орган, система органов, организм) и в более поздние этапы онтогенеза влияние генетического фактора дополняется и корректируется через действие других факторов: фактора межклеточных, межорганных взаимоотношений, фактора функции, нейро-гуморальной регуляции и т.д.

Фактор взаимодействия элементов в системе (межклеточные, межорганные взаимоотношения и т.д.) в наибольшей степени просматривается при анализе внешнего строения различных органов с учетом их межорганных взаимоотношений. Так, на внешней поверхности различных внутренних органов и костей четко просматривается след от их взаимодействия с прилежащими структурами (органы, сосуды, нервы и др.): ямки, углубления, борозды, вдавления, впадины, ворота органов, вырезки, суставные поверхности, отверстия, отростки, вертелы, мыщелки, бугры, линии, гребни.

Фактор функции начинает действовать с того момента, когда возникает взаимодействие структур биосистемы с внешней для нее средой, а его влияние сохраняется на всем протяжении постнатального онтогенеза с той или иной степенью значимости, которая определяется, в первую очередь, спецификой и интенсивностью выполняемой ею работы.

Так, при усилении функционирования биосистемы отмечается в основном гипертрофия ее специфических «рабочих» элементов, вследствие чего, могут увеличиваться и внешние ее габаритные размеры.

При снижении ее функциональной активности отмечается обратный процесс - гипотрофия, сопровождающаяся уже уменьшением ее внешних параметров и снижением количественных объемных характеристик, тех ее элементов, которые реализуют ее работу на получение конечного полезного результата. Если функция биосистемы максимально снижена или практически отсутствует, то эти изменения могут дойти до уровня атрофических, стать причиной развития в ней патологических процессов, возникновения ряда заболеваний и завершиться в конечном итоге гибелью самой системы.

Нейро-гуморальная регуляция, являясь неспецифическим фактором морфогенеза, не определяет конструктивные особенности организации и структуры биосистем. Однако, она изменяет в них характер и интенсивность пластических и энергетических процессов, через перестройку которых и может оказывать влияние на реорганизацию их структур. По сравнению с другими факторами морфогенеза, она достигает наибольшего влияния в более старших возрастных группах. В тоже время, гуморальная регуляция, являясь ее более древней разновидностью, очень тесно сопряжена с особенностями количественных и качественных характеристик химических веществ, поступающих в организм человека и животных из внешней среды, что может существенно инициировать значимые изменения как функции, так и структуры биологических систем различного иерархического уровня.

Нервная регуляция представляет собой деятельность собственно-функциональных систем (Анохин П.К., 1968, 1975 и Судаков К.В., 1987), состоящих из высокоспециализированных нейронов, обеспечивающих восприятие, переработку информации на различном уровне, принятие решений и регуляцию ответных реакций системы на воздействие факторов внешней среды, обеспечивая достижение ею конечного полезного результата.

2.2 Особенности структурной организации и функционирования биологических систем уровня организации - система органов

Так, как уже отмечалось выше, «рабочим» элементом, через деятельность которого реализуются ответные реакции организма на воздействие факторов внешней среды, будет опорно-двигательный аппарат. В свою очередь, компоненты этого аппарата будут выполнять две основные функции: 1) функция опоры; 2) функция движения.

Функция опоры будет осуществляться различными костями, образующими костный скелет организма человека и животных. Все четыре фактора морфогенеза принимают участие не только в формировании особенностей их строения, но и инициируют их структурные перестройки.

Так, генетический фактор предопределяет место расположения и принципы строения отдельных костей.

Основными факторами, которые вызывают возникновение и формирование локальных особенностей их строения, будут фактор межорганных взаимоотношений и фактор функции.

Действие фактора функции (опора) обеспечивает формирование локальных особенностей строения костных структур. Наиболее явно это проявляется при рассмотрении конструкции отдельных позвонков человеческого организма и сравнительной характеристики костного скелета свободных верхних и нижних конечностей. Размеры тела позвонков значительно увеличивается по направлению от шейного отдела позвоночника к крестцовому, что вызвано увеличением массы тела, воздействующей на них. Аналогичным образом меньшие нагрузки испытывает и костный скелет верхних конечностей по сравнению с нижними, кости которых более массивны и имеют более выраженные отростки, бугры, линии, гребни и т.д.

Фактор межорганных взаимоотношений предопределяет локальные особенности строения различных костей. Так, к костям прикрепляются мышцы, связки, воздействие которых приводит к возникновению на них, как следствие функционирования последних, различной степени выраженности отростков, гребней, вертелов, линий, надмыщелков и т.д. В то же время, в процессе выполнения различных движений, кости взаимодействуют друг с другом, что приводит к формированию на них суставных поверхностей, суставных впадин, головок и т.д. Кроме того, кости взаимодействуют не только с прилежащими к ним, но и входящими в них сосудами и нервами, что сопровождается возникновением на их поверхности и краях борозд, вырезок и отверстий.

Фактор нейро-гуморальной регуляции, не являясь специфическим фактором морфогенеза костных структур, в условиях нормы не может оказывать значимого влияния на конструктивные особенности их строения. Однако, при недостатке поступающих в организм веществ, являющихся основным материалом (соли кальция, органические вещества, или нарушение минерального обмена и эндокринной регуляции и др.) из которого они состоят, могут изменяться их биомеханические свойства. При недостатке в пищевом рационе солей кальция и нарушении минерального обмена в организме кости становятся менее прочными, более гибкими, что может привести к их искривлению (рахит). При недостатке органических веществ, особенно у человека в старших возрастных группах, они становятся более хрупкими, что может стать причиной возникновения и патологических переломов костей.



2.2.1 Соединительнотканное (костное) вещество

Любые костные структуры образованы из вещества соединительнотканной природы (волокнистая соединительная ткань, костное вещество), следовательно «рабочими» элементами в них, выполняющими специфическую (опора) ответную реакцию органа на воздействие факторов внешней среды, будут их волокна, костные пластинки и т.д.

В настоящее время наиболее изученной является функциональная обусловленность структур скелета. Особенности его строения находятся в прямо пропорциональной зависимости от направления, характера и степени выраженности сил внутреннего напряжении, возникающих в них при функционировании - выполнении опорной функции.

Эта закономерность является частным проявлением характерного для всех разновидностей соединительной ткани формообразовательного процесса (Сорокин А.П., 1973; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981 и др.), который можно сформулировать в виде закона формирования волокнистых структур соединительной ткани: «фиброархитектоника, степень выраженности и качественный состав волокнистых элементов соединительной ткани находятся в прямопропорциональной зависимости от характера, интенсивности и направления векторов сил внутреннего напряжения, возникающих в ее структурах при функционировании».

Если рассматривать соединительнотканное вещество, включая и костное, строму органов (элементы системы органного уровни организации) как самостоятельные биологические системы (клеточного уровня организации), то в нем также можно выделить три группы специализированных элементов:

«рабочие» элементы - соединительнотканные волокна, костные пластины (балки, перекладины), обеспечивающие выполнение специфической опорной функции;

элементы «обеспечения» - основное вещество соединительной ткани, через которое осуществляется транспорт кислорода, пластических, энергетических веществ из кровеносного русла к клеткам и продуктов метаболизма и обратном направлении;

элементы «регуляции» - фибробласты, фиброциты, остеобласты, остеокласты и др., которые регулируют и обеспечивают соответствие структуры рабочих элементом (своего микроокружения) условиям функционирования, в частности особенностям биомеханического их нагружения при гравитационных нагрузках.

Структурно-функциональные единицы соединительнотканного вещества

Практически во всех основных руководствах по морфологии соединительной и, особенно, костной ткани, в учебниках по анатомии, гистологии, биологии, физиологии и другим дисциплинам канонизировано положение о том, что структурно-функциональной единицей костной ткани является остеон.

Настоящее положение вызывает целый ряд серьезных возражений, в первую очередь, в связи с тем, что остеонная композиция его строения не является всеобщим признаком, а структурно-функциональная единица (ее понимание) должна отвечать принципу всеобщности структурной организации различных конструкций костной ткани. А именно:

1. Остеоны отсутствуют в губчатом веществе костей независимо от их принадлежности.

2. Не все костные структуры, состоящие из компактного костного вещества, имеют остеонную организацию своей конструкции.

3. Те структуры костей, компактное вещество которых в зрелом возрасте состоит преимущественно из остеонов (диафизы трубчатых костей и др.), в более ранних возрастных периодах не содержат последних в своих конструкциях,

Из этого следует, что остеон не является структурно-функциональной единицей костной ткани, а представляет собой одну из разновидностей организационных форм конструкций структуры костного вещества.

Все вышеизложенное и материалы собственных исследований авторов по изучению строения структур костей, анализу строения и изменчивости волокнистой соединительной ткани органов позволяют сделать вывод о том, что структурно-функциональной единицей соединительнотканного вещества, включая и костное, следует считать такое определенное взаимосоотношение различных его элементов (клетки, волокна, костные пластинки и основное вещество), особенность организации и конструкции которого определяется, в первую очередь, различиями биомеханических условий функционирования.

Так, исходя из этого определения, костное вещество следует классифицировать следующим образом:

Классификация костного вещества

2.2.2 Механизмы самоорганизации соединительнотканного вещества

В настоящее время в биологии установилась точка зрения, что ход развития (морфогенез) живых организмов не предопределен непосредственно и полностью генетическим кодом (Григорян С.С., Регирер С.А., 1983; Гудвин Б., 1979; Уоддингтон К., 1964 и др.), и его действие осуществляется с участием пространственно распределенных физических механизмов. Возможность участия механических факторов в онтогенезе неоднократно отмечалась биологами и биофизиками (Белоусов Л.B., 1971; Чернавский Д.С., 1981 и др.).

Прежде всего такое влияние связывается с внутренними напряжениями, которые могут возникать как от непосредственного действия внешних факторов, так и за счет внутренних причин (условия функционирования). Наиболее полно эта зависимость выявляется при изучении структур соединительнотканной природы, включая и костное вещество (Сорокин А.П., 1973; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981; Регирер С.А., Штейн А.А., 1985 и др.).

Механизм связи напряжений с ростом, по-видимому, ни в одном конкретном случае не известен с достаточной степенью достоверности. Но для костной ткани в качестве одного из основных возможных промежуточных агентов между ними рассматривается электрическое поле, возникающее за счет пьезоэлектрического эффекта (Авдеев Ю.А., Регирер С.А., 1979, 1985; Анисимов А.И., Мартынова Н.В., 1977 и др.).

Таким образом, интерес к электромеханическим эффектам в костной и соединительной тканях обусловлен, во-первых, некоторыми весьма общими идеями относительно их роли в жизнедеятельности кости, включая процессы ее роста и реконструкции (а также аналогиями с другими биологическими объектами), и, во-вторых, соответствующими практическими приложениями, которые уже вошли, пока на чисто эмпирической основе, в число клинических методик и широко используются в лечебном процессе.

Проведенные исследования показали, что возникновение пьезоэлектрического эффекта в костном веществе и коллагене обусловлено кристаллографической структурой молекулы коллагена, ее ориентацией (Анисимов А.И., Мартынова Н.В., 1977; Ахалая М.Г., Какиашвили М.С., Эмухвари Д.Г., 1979; Бутуханов В.В., Ипполитова Е.Г., 1982; Кулин Е.Т., 1980 и др.). Аналогичными свойствами обладают и другие вещества (гиалуроновая кислота, гликозаминогликаны и др.) соединительной ткани.

Медицинское использование электромеханических свойств кости можно распределить на несколько групп:

1. Попытки (и весьма успешные) по ускорению остеосинтеза - за счет приложения внешнего электромагнитного поля (Зацепина Г.Н., Зацепин С.Т., Тульский С.В., 1979; Руцкий В.В., Ткаченко С.С., Хомутов В.П., 1983; Ткаченко С.С., Руцкий В.В., Бабич М.И., 1983 и др.).

2. По взаимодействию костной ткани и имплантируемого материала при наличии внешнего электромагнитного поля или собственного поля кости. Нужно упомянуть данные о предпочтительном использовании непроводящих материалов дли фиксирующих пластинок (Добрев Р.П., Владимиров Б.И., 1983; Савельев В.Н., Иванов В.Г., 1981 и др.). Положительный эффект достигается также при применении имплантатов из пористых металлических материалов и пьезоэлектрической керамики. Стимулируемое электрическим полем и зависящее от механических напряжений «прорастание» соединительной ткани в поры и благоприятное действии собственного поля имплантата, вероятно, могут быть объединены путем создания соответствующих композитных материалов (Янсон Х.А., 1983 и др.). Перспективным считается также применение имплантатов, выполняющих одновременно роль фиксаторов перелома и стимуляторов остеогенеза (Пфафрод Г.О., Клявиньш И.Э., Витиньш В.М., 1984 и др.).

3. Разработка приемов диагностики переломов с помощью элоктромагнитных полей, в частности по пьезоэлектрическому отклику при нагрузке или при распространении волн ультразвуковой частоты (Леонтьева Н.В., Анисимов А.И., Енученко В.А., 1983; Чепель В.Ф., 1975; Чепель В.Ф., Марцинкевич В.Н., 1974 и др.).

Таким образом, на основании вышеизложенного можно предположить, что одним из основным механизмов, поддерживающих соответствие конструкции соединительнотканных (костных) структур биомеханическим условиям функционирования (нагружению), является (в виде посредника) влияние электромеханических свойств соединительной ткани на регуляцию формообразовательных процессов в них. Последнее, вероятно, является пусковым механизмом, определяющим функциональную активность клеток (остеобластов, остеокластов, фибробластов и др.) соединительной ткани в процессе биомеханического нагружения при их функционировании.

...