Глава 1
От чего «светится» клетка?[13]
На клеточном уровне был изучен метаболизм и энергетика у 2-х групп школьников, учебный процесс которых проходил в двух качественно отличающихся чувственно-моторных режимах. В одном случае дети занимались в режиме телесномоторной активности, за специальной эргономической мебелью в режиме прямостояния. Кроме того, методика организации урока предполагает активные поисковые перемещения ребенка по классу. Данный режим был назван нами динамическим режимом.
Другая группа занималась в общепринятом сидяче-обездвиженном режиме. Плотность телесно-мышечных статических напряжений во второй контрольной группе была примерно в 2,5 раза выше, чем в опытной.
Для оценки влияния учебных занятий, построенных в различных телесно-моторных режимах, на метаболизм клеток (на примере лимфоцитов) обследовали учащихся вторых классов двух школ Красноярска, занимающихся второй год в режимах АКТ и СОР (опытный и контрольный классы). Для обследования подбирались относительно здоровые дети 8–9 лет (1 и 2 группы здоровья). Возрастно-половой состав в сравниваемых группах был одинаковым.
Кровь для анализа брали из пальца утром натощак. У всех детей в лимфоцитах периферической крови количественным цитохимическим методом определяли активность: сукцинатдегидрогеназы (СДГ), — глицерофосфатдегидрогеназы (-ГФДГ), митохондриальной (-ГФДГ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), аэробный изофермент лактатдегидрогеназы (ИЛДГ), кислой и щелочной фосфатаз (КФл, КФн, ЩФн) лимфоцитов (л) и нейтрофилов (н), моно-аминоксидазы (МАО), а также содержание катехоламинов (КА) и серотонина (Сер. — в модификации В.П. Новицкой). Для подсчета лейкоцитарной формулы мазки крови окрашивались по общепринятой методике и вычислялись индексы — лейкоцитарный индекс интоксикации организма (ЛИИ), а также индекс сдвига лейкоцитов крови (ИСЛК).
У детей контрольного класса, занимающихся в традиционном режиме СОР, в весенний период метаболические процессы в лимфоцитах протекали в режиме предельно минимальной активности. Однако сбалансированность основного (СДГ) и резервного (-ГФДГ) путей энергообеспечения клетки еще сохранялись: отношение — ГФДГ/СДГ — 0,54, т. е. находится в диапазоне относительно здоровых детей, проживающих в европейской части России.
Обучение же детей в динамическом режиме АКТ вызывало значительную модуляцию активности ферментов лимфоцитов крови. Причем эти изменении затрагивают ферменты, локализованные как в митохондриях, так и в цитоплазме. Активность СДГ и — ГФДГ оказалась достоверно выше соответственно на 55,48 % (р<0,001) и на 15,46 % (р<0,05), чем у детей, занимающихся в традиционном режиме. При этом показатель МАО у детей из опытного класса возрос на 100 % относительно уровня фермента лимфоцитов детей контрольного класса (р<0,001). Особо подчернем, что стимулирование митохондриальных реакций не приводило к активации реакции гликолиза (ЛДГ и Н-ЛДГ).
Анализ активности гидролитических ферментов показал, что у детей контрольного класса в лимфоцитах и нейтрофилах преобладает катаболическая направленность обмена (высокий уровень КФ). Проведение же учебных занятий в режиме АКТ сказалось стабилизирующим образом на показателях, снижая уровень катаболизма (КФ) как в лимфоцитах, так и в нейтрофилах соответственно на 24,2 % и на 20,6 % (р<0,001).
Анализ СДГ в лимфоцитах детей, занимающихся в режиме АКТ, выявил не только увеличение средней активности фермента, но и изменение структуры популяции иммунокомпе — тентных клеток. В частности, разнородность лимфоцитов, отраженная коэффициентом вариации снижалась с 81,11 до 69,19 %. При этом преобладали лимфоциты с повышенной активностью фермента (снижены коэффициенты асимметрии и эксцесса). Это указывает, что деформированное их распределение нормализовалось.
Математическое разделение популяции циркулирующих лимфоцитов на две субпопуляции показало, что у детей из опытного класса (АКТ) отмечается увеличение объема малой популяции высокоактивных клеток с 9,67 % до 13,34 %, но количество лимфоцитов в большой субпопуляции уменьшается по сравнению с детьми контрольного класса. В то же время в большой субпопуляции низкоактивных клеток происходит интенсификация окисления сукцината (уровень фермента возрос на 118,68 %). В меньшей же субпопуляции высокоактивных клеток активность фермента увеличилась на 57, 96 % относительно таких же популяций клеток детей из контрольного класса.
Таким образом, можно отметить четко выраженную активацию лимфоидных клеток у детей из опытного класса, которая проявляется в повышении ферментативной активности лимфоцитов крови в обеих субпопуляциях клеток, а также в увеличении количества высокоактивных лимфоцитов.
Известно, что длительная обездвиженность (гиподинамия) вызывает изменение моноаминергических систем и функций регуляторных систем организма. В крови изменяется содержание физиологически активных веществ, оказывающих модулирующее влияние на иммунокомпетентные клетки. Углубленный анализ показателей флуоресценции моноаминов показал, что моторно освобожденный режим в обучении детей (АКТ) приводит к повышению флуоресценции КА в 2,3 раза (р<0,001). Содержание же серотонина в лимфоцитах у этих детей изменялось обратным образом — выявлялось статистически достоверное снижение уровня моноамина на 32,77 % (р<0,01).
Заметим, что регуляторные эффекты катехоламинов и серотонина в отношении метаболизма и функциональной активности иммунокомпетентных клеток носят разнонаправленный характер. У детей из контрольного и опытного классов способность к накоплению моноаминов лимфоцитами, а возможно, и их синтезу различна. Основой таких различий, по-видимому, являются особенности электрической и химической активности мембран, а также направленность метаболических процессов в клетке.
Возрастание телесно-мышечной активности в режиме прямостояния и за счет этого снижение гиподинамии и мышечных статических напряжений приводит к повышению функциональных возможностей ЦНС, что проявляется в росте индекса КА/Сер. в 3,3 раза (р<0,001). Кроме этого, повышение индекса КА/Сер отражает степень увеличения сохранения условных рефлексов, а также переход их из кратковременной памяти в долговременную. Эти результаты указывают на то, что занятия в режиме АКТ снижают наиболее утомительные для данной возрастной группы детей статические стресс-напряжения в учебном процессе, что приводит к относительному повышению функциональных возможностей ЦНС. Кроме того, эти данные вскрывают чрезвычайно важное обстоятельство: в механизмах долгосрочной памяти особую роль играет телесно-мышечная активность.
Исследование клеточного состава периферической крови (лейкоцитарной формулы) показало, что у детей, занимающихся в опытном классе, достоверно понижается относительное содержание базофилов (в 6,6 раза; р<0,001) и сегментоядерных нейтрофилов (на 33,87 %; р<0,001), а так же уменьшается сдвиг влево на фоне снижения ИСЛК (на 56,4 %; р<0,001). Здесь следует особо отметить, что при режиме АКТ в 2,3 раза снижается (р<0,01) лейкоцитарный индекс интоксикации организма (ЛИИ) по сравнению с детьми, занимающимися в режиме СОР. Процентное содержание лимфоцитов и соотношение Л/С в группе детей из опытного класса были повышены (соответственно на 59,5 % и 138,7 %; р<0,001) по сравнению с детьми из контрольного класса.
Если рассматривать обнаруженные сдвиги изучаемых характеристик как отражение состояния адаптации детей к разным режимам занятий, то учащиеся из контрольного класса находились в реакции хронического стресса, а детям из опытного класса соответствует реакция повышенной активации (как по уровню индекса Л/С, так и по содержанию моноаминов). Направленность изменения содержания моноаминов в лимфоцитах крови детей из опытного класса отражает сбалансированность метаболических процессов, обусловленную перераспределением нейромедиаторов при реакции повышенной активации, и нарушение такого баланса у детей из контрольного класса, пребывающих в реакции стресс — напряжения.