Физическая и умственная работоспособность. процессы усталости и восстановления
Круг факторов, оказывающих отрицательное воздействие на нервно--мышечный аппарат человека и его мышечную работоспособность, ограничен. Естественным и самым сильным фактором, оказывающим во все периоды жизни как отрицательное, так и положительное воздействие на скелетные мышцы и двигательные функции человека, является величина нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Наиболее значительный "удар" по мышечной системе (в любом возрасте) наносит уменьшение физической нагрузки на неё. На всех этапах онтогенеза человека снижение двигательной активности обуславливает понижение энерготрат, приводящее к торможению процессов окислительного фосфорилирования в мышечных клетках. При этом снижается скорость ресинтеза АТФ в мышцах и уменьшается их физическая работоспособность. В миоцитах уменьшаются количество митохондрий, их размеры и содержание вних крист. Снижается активность фосфорилазы А и Б, НАДН 2 -дегидрогеназы, сукцинат-дегидрогеназы, ферментативная активность АТФ-азы миофибрилл. Замедляется скорость распада и синтеза богатых энергией фосфорных соединений и, следовательно, уменьшается мышечная работоспособность. В наибольшей степени это начинает проявляться в зрелом возрасте (после 35-40 лет).
Отсутствие оптимального уровня физической активности у человека (суточные энерготраты меньше 2800-3000 ккал) снижает тонус скелетных мышц, их возбудимость и сократительные свойства, ухудшает способность выполнять высококоординированные движения, уменьшает работоспособность мышц как при динамической, так и при статической работе, практически, любой интенсивности. Основной причиной снижения работоспособности мышц, особенно мало активных в течение суток, является уменьшение содержания сократительных белков в мышечных клеткахиз-за замедления интенсивности процессов их синтеза. В условиях ослабления физической активности и, следовательно, снижения интенсивности распада макроэргов ослабевает периодическая стимуляция генетического аппарата клетки, определяющего синтез сократительных белков. За счет снижения активности процессов фосфорилирования в миоцитах замедляется синтез белка по схеме ДНКà РНКà белок. С уменьшением физической активности замедляется выработка гормонов, стимулирующих развитие мышечной ткани (андрогены, инсулин). Этот механизм также приводит к замедлению скорости синтеза Сократительных белков в клетках скелетных мышц.
Однако не только пониженная физическая активность, но и повышенная также является одним из факторов, уменьшающих функциональные возможности двигательного аппарата и способствующих развитию патологии нервно-мышечной системы. Здесь (в силу специфики задач учебника) нет необходимости касаться влияния больших физических напряжений (например, у тяжелоатлетов) на развитие патологии опорно-двигательного аппарата. Это является предметом спортивной медицины. Вместе с тем следует подчеркнуть, что труд миллионов людей связан с необходимостью совершения большого количества (за рабочий день) физических движений при небольшой их величине (от 100-500 г до 10-15 кг и больше). Так, например, сборщики электромоторов, контролёры-сортировщики, операторы-сборщики автомобильных заводов, сборщики обуви, операторы вычислительных клавишных машин, телеграфисты совершают за рабочий день от 40 до 130 тысяч движений пальцами рук. При этом суммарная локальная работа небольших мышечных групп нередко превышает за рабочую смену 100-120 тысяч кгм. Степень развивающегося при таких работах мышечного утомления, последующего за ним перенапряжения нервно-мышечного аппарата и профессиональной патологии нервно-мышечного аппарата определяются количеством движений за смену и величиной развиваемого мышцами усилия. Если величина суммарной нагрузки превышает некий пороговый уровень (например, 60-80 тысяч движений пальцев за смену), то в результате происходит снижение мышечной работоспособности и возможно развитие профессиональных заболеваний нервно-мышечного аппарата.
На всех этапах онтогенеза человека оптимальная деятельность его опорно-двигательного аппарата или нарушения мышечных функций зависят от поступления в организм необходимых ему химических субстратов: белков, углеводов, жиров, витаминов и минеральных веществ, т.е. от структуры питания.
Белки составляют около 15% веса тела, преимущественно находятся в скелетных мышцах. Пока организм человека не лишён полностью своих основных энергетических субстратов (углеводов и жиров), доля белков в энергетическом обеспечении жизнедеятельности не превышает 1-5%. Основное назначение потребления белков состоит в их использовании в процессе роста и поддержания мышечной и костной массы, построения клеточных структур, синтеза ферментов. У человека, не выполняющего значительных физических нагрузок, ежедневные потери белка составляют около 25-30 г. При тяжёлой физической работе эта величина возрастает на 7-10 г Необходимая ежедневная норма потребления белков наибольшая в периоды роста организма и при выполнении больших физических нагрузок. Минимальное количество белков потребляемых в день на I кг. веса тела детьми 4-7 лет составляет 3,5-4 г; 8-12 лет- 3 г и подростками 2-2,5 г. После завершения роста организма необходимо потреблять около 1г белков на I кг веса тела. Для лиц выполняющих тяжёлую физическую работу эта величина должна быть на 20-30% больше. Необходимо помнить, что даже в самых богатых белками продуктах (мясо, яйца) содержание белка не превышает 20-26%. Следовательно, для поддержания полноценного белкового баланса величину потребляемых человеком белковых продуктов по сравнению с приведенными выше нормами потребления белка необходимо увеличить в 4-5 раз.
Основными источниками энергии при мышечной работе человека являются углеводы и жиры. При "сгорании" I г углеводов освобождается 4,1 ккал энергии, air жиров- 9,3 ккал. Процентное соотношение использования углеводов и жиров при мышечной деятельности человека зависит от мощности работы. Чем она выше, тем больше тратится углеводов, а чем меньше - тем больше окисляются жиры. С содержанием жира применительно к задачам обеспечения энергией работу опорно-двигательного аппарата на всех этапах онтогенеза особых проблем не возникает, так как имеющееся жировое депо у человека способно обеспечить реальные потребности его организма в энергии при работах средней и умеренной мощности в течение многих часов. Несколько сложнее дела обстоят с углеводами.
Дело в том, что работоспособность скелетных мышц находится в прямой зависимости от содержания в их волокнах углеводов (гликогена). В норме в I кг мышцы содержится около 15-17 г гликогена. В любом возрасте чем больше гликогена содержат мышечные волокна, тем большую работу они способны совершить. Содержание углеводов в мышце зависит от интенсивности предшествующей работы (их траты), поступления в организм углеводов с пищей, продолжительности периода восстановления после физических упражнений. Для поддержания высокой работоспособности человека во всех возрастных периодах общими закономерностями являются: I) при любом количестве углеводов в ежедневной диете при отсутствии физических упражнений содержание гликогена в мышцах меняется незначительно; 2) концентрация гликогена в мышечных волокнах уменьшается почти полностью при интенсивной работе в течение 40-100 мин.; 3) полное восстановление содержания гликогена в мышцах требует 3-4 суток; 4) возможность увеличения содержания гликогена в мышцах, а, следовательно, и их работоспособности на 50-200%. Для этого необходимо выполнить мышечную работу субмаксимальной мощности (70-80% от МПК) длительностью 30-60 мин (при такой нагрузке гликоген будет в основном израсходован) и затем 2-3 дня использовать углеводную диету (содержание углеводов в пище до 70-80%).
В обеспечении мышечной деятельности ведущую роль играет АТФ. В то же время ресинтез АТФ и, следовательно, работоспособность мышц во многом зависят от содержания в организме витаминов. При недостатке витаминов В-комплекса снижается аэробная выносливость человека. Это связано с тем, что среди множества разнообразных функций, на которые влияют витамины этой группы, их роль особенно велика в качестве кофакторов в различных ферментных системах, связанных с окислением продуктов питания и образованием энергии. Так, в частности, витамин Вт (тиамин) необходим для трансформации пировиноградной кислоты в ацетил- КоА. Витамин Вр (рибофлавин) превращается в ФАД, который действует как акцептор водорода во время окисления. Витамин Во (ниацин) -компонент НАДФ - ко-фермента гликолиза. Витамин Втр играет важную роль в метаболизме аминокислот (изменение мышечной массы при тренировке) и необходим для образования эритроцитов, транспортирующих кислород к мышечным клеткам для процессов окисления. Функции витаминов В-комплекса столь взаимосвязаны, что дефицит одного из них может нарушить утилизацию других. Недостаток одного или нескольких витаминов группы В снижает мышечную работоспособность. Дополнительное употребление этой группы витаминов повышает работоспособность только в тех случаях, если у испытуемых имел место дефицит этих витаминов.
Недостаточное поступление с пищей витамина С (аскорбиновой кислоты) также уменьшает мышечную работоспособность человека. Этот витамин необходим для образования коллагена-белка, содержащегося в соединительной ткани. Следовательно, он важен для обеспечения нормальной функции (особенно при больших нагрузках) костно-связочного аппарата и сосудов. Витамин С участвует в обмене аминокислот, синтезе некоторых гормонов (катехоламины, противовоспалительные кортикоиды), в обеспечении абсорбции железа из кишечника. Дополнительный приём витамина С повышает мышечную работоспособность лишь в случаях, когда имеет место его дефицит в организме. Витамин Е (альфа-токоферол) способствует увеличению концентрации креатина в мышцах и развитиюими большей силы. Он обладает также антиоксидантными свойствами. Сведения о влиянии остальных витаминов на работоспособность мышц у нетренированных и у спортсменов весьма противоречивы. Однако несомненно, что без приёма ежедневной нормы полного комплекса витаминов работоспособность мышц может быть снижена.
Значение минеральных веществ в поддержании высокой мышечной работоспособности не вызывает сомнения. Однако их дополнительная потребность отмечена лишь для лиц, выполняющих длительные и большие физические нагрузки в условиях жаркого и влажного климата.
Отрицательное воздействие на двигательные функции оказывает приём алкоголя. Данные по этому фактору "риска" применительно к деятельности опорно-двигательного аппарата весьма неоднозначны. Ещё менее определенны они в отношении воздействия алкоголя на мышечную систему в онтогенезе. Тем не менее, некоторые доказанные положения о влиянии алкоголя на нервно-мышечную систему состоят в следующем.
I. Приём алкоголя приводит к усилению процессов торможения в моторной зоне коры головного мозга, ухудшает процессы дифференцировки тормозных процессов при двигательных реакциях, снижает скорость переключения процессов торможения и возбуждения, уменьшает силу процессов концентрации возбуждения и скорость нарастания частоты импульсов в двигательных мотонейронах. 2. При употреблении алкоголя у человека снижаются сила и скорость сокращения скелетных мышц, что приводит к снижению их скоростно-силовых качеств.3. Ухудшаются проявления двигательной координации человека. 4. Замедляются все виды реакций на внешние раздражители (свет, звук, и др.). 5. Увеличиваются вегетативные реакции на ту же, что и до приёма алкоголя, мышечную работу, то есть возрастает физиологическая "стоимость" работы. 6. Снижается концентрация глюкозы в крови, вызывая тем самым ухудшение функций мышечной системы. 7. Уменьшается содержание гликогена в мышцах (даже после однократного приёма алкоголя), что приводит к снижению мышечной работоспособности. 8. Длительный приём алкоголя приводит к снижению сократительной функции скелетных мышц человека.
Крайне ограничены сведения о влиянии табакокурения на функции опорно-двигательного аппарата. Доподлинно известно лишь, что никотин, попадающий в кровь, ухудшает процессы регуляции силы сокращения скелетных мышц, ухудшает координацию движений, снижает мышечную работоспособность. У курящих, в основном, показатели МПК ниже, чем у некурящих. Это обусловлено более интенсивным присоединением окиси углерода к гемоглобину в эритроцитах, что снижает транспорт кислорода к работающим мышцам. Никотин, уменьшая содержание витаминов в организме человека, способствует понижению его мышечной работоспособности. При длительном табакокурении снижается эластичность соединительной ткани, уменьшается растяжимость мышц. Это приводит к возникновению болевых реакций при интенсивных сокращениях мышц человека.
Таким образом, наряду со многими отрицательными последствиями курения табака для систем организма человека и их функций никотин вызывает также снижение мышечной работоспособности и уровень физического здоровья курящих людей.
Одним из наиболее широко применяемых людьми эргогенных средств, то есть средств повышающих работоспособность, является кофеин . Воздействуя на ЦНС, кофеин увеличивает её возбудимость; улучшает концентрацию внимания; поднимает настроение; укорачивает скорость сенсомоторных реакций; снижает утомление и задерживает время его проявления; стимулирует выделение катехоламинов; усиливает мобилизацию из депо свободных жирных кислот; повышает скорость использование мышечных триглицеридов. Благодаря всем этим реакциям кофеин вызывает заметное повышение аэробной работоспособности (езда на велосипеде, бег на длинные дистанции, плавание и др.) По-видимому, кофеин способен также улучшать мышечную работоспособность у спринтеров и лиц, занимающихся силовыми видами спорта. Это может быть связано с его способностью усиливать обмен кальция в саркоспазматическом ретикулуме и работу калий-натриевого насоса в мышечных клетках.
Тем не менее, несмотря на указанное влияние кофеина на работоспособность человека, он может вызывать и негативные последствия, У лиц, непривыкших употреблять кофеин, но чувствительных к нему, а так же у тех, кто употребляет его в больших дозах, кофеин вызывает повышенную возбудимость, бессонницу, беспокойство, тремор скелетных мышц. Действуя как диуретик, кофеин усиливает обезвоживание организма нарушая процессы терморегуляции, снижает мышечную работоспособность, особенно в условиях высокой температуры и влажности окружающей среды.
Некоторые спортсмены используют наркотические средства, с целью ускорения процессов восстановления после тяжелых физических нагрузок. Иногда применяется даже кокаин. Последний стимулирует деятельность ЦНС, считается симпатомиметическим препаратом, блокирует повторное использование норадреналина и дофамина (нейромедиаторы) нейронами после их образования. Блокируя их повторное использование, кокаин усиливает действие этих нейромедиаторов во всём организме. Некоторые спортсмены считают, что кокаин способствует повышению работоспособности. Однако это опущение обманчиво. Оно связано с возникающим чувством эйфории, повышающим мотивацию и уверенность в своих силах. Наряду с этим, кокаин "маскирует" утомление и болевые ощущения и может способствовать развитию перенапряжений в нервно-мышечном аппарате. В целом доказано, что кокаин не обладает способностью повышать мышечную работоспособность,
Для повышения мышечной работоспособности лицами, занимающимися физическими упражнениями и спортом, нередко используются гормональные препараты. С начала 50-х годов началась эра применения анаболических стероидов, а со второй половины 80-х годов-синтетического гормона роста. В силу наибольшей распространенности и опасности использования для организма остановимся лишь на андрогенах - анаболических стероидах, почти индентичных мужским половым гормонам.
Употребление анаболических гормонов приводит к значительному увеличению: общей массы тела; содержания калия и азота в моче, свидетельствующие об увеличении чистой мышечной массы тела; размеров целых мышц и площади поперечного сечения составляющих их миоцитов за счет увеличения количества содержащихся в них миофибрилл (то есть количества сократительных белков); силы и работоспособности скелетных мышц.
Следовательно, основной эффект использования стероидных гормонов заключается в увеличении объема мышечной массы (миофибриллярная гипертрофия) и силы сокращения. В то же время эти гормоны практически не влияют на аэробную выносливость человека, скоростные качества его мышц, скорость процессов восстановления работоспособности после интенсивных физических нагрузок.
Однако использование стероидных гормонов (это иногда происходит уже со школьного возраста) - это вопрос не только этики, но и проблема сохранения здоровья огромного количества людей. Вследствие высокой степени риска для здоровья анаболические гормоны и синтетический гормон роста относят к числу запрещенных препаратов. Основные отрицательные последствия для здоровья принимающих стероидные гормоны заключаются в следующем. Использование синтетических анаболических гормонов подавляет секрецию собственных гонадотропных гормонов, контролирующих развитие и функцию половых желез (яичек и яичников). У мужчин сниженная секреция гонадотропина может привести к атрофии яичек, уменьшению выделения тестостерона и количества спермы. Гонадотропные гормоны у женщин необходимы для осуществления овуляции и секреции эстрогенов, поэтому пониженное содержание в крови этих гормонов в результате применения анаболических стероидов приводит к нарушениям менструального цикла, а также маскулинизации-уменьшению объема груди, огрублению голоса, появлению волос на лице.
Побочным действием употребления анаболических стероидов может быть увеличение предстательной железы у мужчин. Известны также случаи нарушения функции печени, обусловленные развитием химического гепатита, которые могут перейти в рак печени.
У лиц, длительное время употребляющих анаболических стероидов, возможно снижение сократительной функции миокарда. У них происходит значительное снижение концентрации в крови альфа-липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенными свойствами, то есть препятствующими развитию атеросклероза. Следовательно, применение стероидных гормонов сопряжено с высоким риском возникновения ишемической болезни сердца.
Употребление стероидов приводит к изменениям личностных качеств человека. Наиболее выраженными из которых является повышенная агрессивность.
Характеризуя физическую работоспособность следует заметить, что методика ее определения дает лишь ориентировочное представление об этом феномене, так как человек состоит не только из мышц и систем обеспечения их деятельности, а еще имеет разум и такие психоэмоциональные качества как сила воли, мотивации,стремление, способность к мобилизации усилий и проч. В связи с этим работоспособность, в том числе физическое является понятием очень многогранным. Внешним проявлением высокой работоспособности могут быть высокие достижения в спорте, в физическом труде, достижения по максимуму работы, которую может выполнить человек к возникновению значительных физиологических сдвигов.
Приблизительную оценку уровня можно получить, поднимаясь по лестнице. Надо выйти на 4-й этаж в среднем темпе ходьбы без остановки. Если человек легко преодолела этот подъем и чувствует, что еще есть резерв — дается оценка «хорошо». Если же человек задыхалась, то это означает, что уровень его здоровья снижен.
Согласно рекомендациям В.И. Бобрицкого (2000) уровень физической работоспособности ориентировано можно оценить пробой с 20-ю приседаниями. Для этого надо подсчитать стабильный пульс сидя за 10 с, далее в течение 30 с надо сделать 20 приседаний, поднимая руки вперед. После этого снова надо сесть и зафиксировать время восстановления пульса к исходным значениям, подсчитывая его за отрезками времени в 10 с. Если частота пульса восстановилась быстрее, чем за 1 мин. дается оценка «отлично», до 2 мин. — «Хорошо», медленнее чем через 3 мин. — «Плохо». Такую же оценку можно дать путем проведения пробы с задержкой дыхания. Надо сделать 1-2 глубоких вдоха — выдоха, а затем глубоко вдохнуть (не максимально!) И задержать дыхание на сколько это возможно. Если дыхание задерживается на> 60 с — оценка «отлично», 40-59 с — «хорошо», <39 с — «плохо» (для женщин на 10 с меньше).
Следует помнить, что количественные характеристики работоспособности детей и подростков не всегда объективны, так как у них еще недостаточно развита способность к волевым напряжений. Дети часто бросают работу за долго до достижения предела напряженной деятельности.
Мышечная работоспособность в целом зависит от мышечной силы и выносливости, а также от состояния вегетативных компонентов организма, то бы то от состояния деятельности сердечно — сосудистой системы, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и наличие стереотипов движений. Между этими компонентами существуют определенные взаимоотношения. Поэтому для большей точности возрастной характеристики физической работоспособности подростков А. А. Маркосян (1974) рекомендует учитывать четыре элемента:
Уровень развития силы (показатели динамометрии).
Уровень развития различных видов моторики (оценивается количеством или скоростью тех или иных движений за 1 минуту);
Уровень развития функций сердечно — сосудистой и дыхательной систем;
Уровень развития выносливости и способности к краткосрочному развитию мощности (именно это характеризует показатель
Показателем усталости является прежде всего уменьшение физической силы или работоспособности, что может быть обусловлено как изменениями в самой мышце, так и с изменениями в центральной нервной системе (в нервных центрах). Крайним случаем утомление того или иного мускула является его длительное сокращение и временная неспособность к полному расслаблению, что называется контрактурой.
Участие нервной системы в процессах развития утомления связана, в основном, с накоплением продуктов распада, или с истощением медиаторов в нервных синапсах. Восстановлению работоспособности за счет значительно способствуют смена вида деятельности (активный или пассивный отдых) положительные эмоции и мотивации и др..
Процессы усталости на уровне мышц связаны с истощением энергоносителей и прежде всего аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) и с накоплением в мышцах продуктов анаэробного распада гликогена, особенно молочной кислоты, для вывода которой требуется определенное время. Кстати, ощущение тяжести в желудке, которые напряженно работали, может занять несколько суток и обусловлено, в определенной мере, накопление молочной кислоты. Восстановлению работоспособности мышц способствует покой (отдых), умеренная разминка мышц, целевой массаж, а также белково-углеводная еда.
Маленькие дети (до 4-х лет) очень быстро устают при мышечных нагрузках. С пяти лет способность к физической работе детей постепенно начинает увеличиваться вместе с ростом энергетических возможностей скелетных мышц и со структурно-функциональным созреванием
Но у детей дошкольного и младшего школьного возраста еще не завершается окончательная дифференциация скелетных мышц, поэтому в целом у детей 6-9 лет физическая работоспособность в 2,5-3 раза ниже, чем у детей 15-16 лет.
Переломный момент в развитии физической работоспособности детей происходит в 12-13 лет, когда наблюдаются существенные изменения в морфологии мышечных волокон и в энергетике сокращений: скачкообразно растет мышечная выносливость, а вместе с этим, способность к длительному выполнению нагрузок с меньшим риском утомления.
Следует отметить также, что физическая работоспособность (как и умственная работоспособность) детей имеет определенные колебания в течение суток: самые высокие ее уровни наблюдаются с 10 до 14 часов, а также с 17 до 19 часов. В период с 7 до 10 часов утра и с 16 до 17 часов наблюдаются периоды нарастания работоспособности (фазы вычисления), а в периоды с 14 до 16 часов и с 19 часов вечера работоспособность падает (фазы «утомление»), В течение недели также выделяют периоды оптимальной работоспособности (вторник, среда, четверг), периоды нарастания работоспособности (воскресенье, понедельник) и периоды утомления (пятница, суббота). Наименьшая работоспособность для большинства людей в ночные часы (с 23.00 до 6.00 часов утра) и в пятницу. Существенно снижается физическая работоспособность и в течении 1-1,5 часов после приема пищи. На динамику работоспособности людей в определенной мере влияют индивидуальные биологические ритмы каждого лица. Указанная выше динамика работоспособности присуща так называемым нормохроникам. У людей, которые относятся к «жаворонков» наиболее высокая работоспособность смещена на 1,5-2 часа на начало дня, а для «сов» — на тот же срок второй половины дня.Указанную периодизацию работоспособности следует учитывать при организации занятий по физической культуре и спортивных тренировок.
Физическое утомление
Длительные и интенсивные мышечные нагрузки приводят к временному снижению физической работоспособности организма -утомлению. Процесс утомления затрагивает изначально ЦНС, затем нервно-мышечный синапс и в последнюю очередь мышцу. Так, люди, которые недавно лишились руки или ноги, еще долгое время ощущают их наличие. Совершая мысленно работу отсутствующей конечностью, они вскоре заявляли о своей усталости. Это доказывает, что процессы утомления развиваются в ЦНС, поскольку никакой мышечной работы не производилось.
Утомление - это нормальный физиологический процесс, выработанный для защиты физиологических систем от систематического переутомления, которое является патологическим процессом и ведет к расстройству деятельности нервной и других физиологических систем организма. Рациональный отдых быстро способствует восстановлению работоспособности. После физической работы полезно сменить род деятельности, так как полный покой медленнее восстанавливает силы.
Развитие мышечной системы
Мышечная система ребенка в процессе онтогенеза претерпевает значительные структурные и функциональные изменения. Формирование мышечных клеток и образование мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно. Процесс «чернового» формирования мышц заканчивается к 7-8-й неделе пренатального развития. На этом этапе раздражение кожных рецепторов уже вызывает ответные двигательные реакции плода, что свидетельствует об установлении функциональной связи между тактильной рецепцией и мышечной системой. В последующие месяцы интенсивно идет функциональное созревание мышечных клеток, связанное с увеличением количества миофибрилл и их толщины. После рождения созревание мышечной ткани продолжается. Мышечная масса растет в основном за счет увеличения продольных и поперечных размеров мышечных волокон, а не количества миофибрилл, общее число которых увеличивается незначительно (около 10%). В частности, интенсивный рост волокон наблюдается до 7 лет и в пубертатном периоде. Начиная с 14-15 лет микроструктура мышечной ткани практически не отличается от взрослой. Однако утолщение мышечных волокон может продолжаться до 30-35 лет.
Сначала развиваются те скелетные мышцы, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном возрастном этапе. Развитие мышц верхних конечностей обычно предшествует развитию мышц нижних конечностей. Более крупные мышцы формируются всегда раньше мелких. Например, мышцы плеча и предплечья формируются быстрее мелких мышц кисти. У годовалого малыша мышцы рук и плечевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интенсивно развиваются мышцы рук в 6-7 лет. Общая масса мышц быстро нарастает в период полового созревания: у мальчиков - в 13-14 лет, а у девочек - в 11-12.
В табл. 2.1 приведены данные, характеризующие массу скелетных мышц в процессе постнатального развития детей и подростков.
Таблица 2.1
Нарастание массы скелетных мышн с возрастом
Значительно меняются в процессе онтогенеза и функциональные свойства мышц. Увеличивается возбудимость, лабильность, сократимость и скорость проведения возбуждения мышечных волокон, изменяется мышечный тонус. У новорожденного отмечается повышенный мышечный тонус, а тонус мышц, вызывающих сгибание конечностей, преобладает над тонусом мышц-разгибателей. В результате руки и ноги грудных детей находятся чаще в согнутом состоянии. Интенсивное развитие и увеличение тонуса разгибателей, свойственные взрослому организму, происходят к 5 годам. У детей плохо выражена способность мышц к расслаблению, которая с возрастом увеличивается. С этим обычно связана скованность движений у детей и подростков. Только после 15 лет движения становятся более пластичными.
В процессе развития опорно-двигательного аппарата изменяются двигательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость, гибкость и выносливость. Их развитие происходит неравномерно (гетеро-хронно) и зависит от функционального состояния организма и тренировки. Для развития каждого качества имеются определенные сенситивные (чувствительные) периоды индивидуального развития, когда может быть получен максимальный прирост. Индивидуальная особенность формирования двигательных качеств и их проявление во многом обусловлены генетической программой. Прежде всего развиваются быстрота и ловкость движений. Быстрота (скорость) движений характеризуется числом движений, которое человек в состоянии произвести за единицу времени. Быстрота определяется тремя показателями: скоростью одиночного движения, временем двигательной реакции и частотой движений. С физиологической точки зрения развитие быстроты обусловлено следующими факто-
рами: лабильностью (функциональной подвижностью) нервных центров и скелетных мышц, их энергетической обеспеченностью и соотношением быстрых и медленных волокон. Лабильность - предельный ритм импульсов, который нервные центры способны воспроизвести в единицу времени, что зависит от взаимоперехода возбуждения и торможения в двигательных центрах коры и в работающих мышцах. Энергетическое обеспечение движений осуществляется за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов (АТФ и креатинфосфата), как наиболее скоростного энергетического механизма. Соотношение быстрых (белых) мышечных волокон, в которых происходит главным образом анаэробное расщепление фосфагенов, и медленных (красных), в которых осуществляется аэробное окисление углеводов, в определенной степени генетически запрограммировано, хотя и может изменяться в зависимости от характера двигательной активности.
Скорость одиночного движения значительно возрастает у детей с 4-5 лет и к 13-14 годам достигает уровня взрослого. К 13-14 годам уровня взрослого достигает и время простой двигательной реакции, которая обусловлена скоростью физиологических процессов в нервно-мышечном аппарате. Максимальная произвольная частота движений увеличивается с 7 до 13 лет, причем у мальчиков в 7-10 лет она выше, чем у девочек, ас 13-14 лет частота движений девочек превышает этот показатель у мальчиков. Наконец, максимальная частота движений в заданном ритме также резко увеличивается в 7-9 лет. Наибольший прирост быстроты в результате тренировок наблюдается у детей от 9 до 12 лет.
До 13-14 лет завершается в основном развитие ловкости, которая связана со способностью детей и подростков осуществлять точные, координированные и быстрые движения. Следовательно, ловкость связана, во-первых, с пространственной точностью движений, во-вторых, с временной, в-третьих, с быстротой решения сложных двигательных задач. Развитие ловкости, начиная с 3-4 лет, быстро совершенствуется в первом и во втором детстве, чему способствует хорошая эластичность мышечных волокон и связочного аппарата у детей этого возраста. Наибольший прирост точности движений наблюдается с 4-5 до 7-8 лет. До 6-7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно короткое время. Затем постепенно развивается пространственная точность движений, а за ней - временная. Наконец, в последнюю очередь совершенствуется способность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях. Ловкость продолжает улучшаться до 17 лет. Интересно, что спортивная тренировка оказывает существенное влияние на развитие ловкости, и у 15-16-летних спортсменов точность движений в два раза выше, чем у нетренированных подростков того же возраста.
Гибкость - это степень подвижности отдельных частей человеческого тела относительно друг друга, которая выражается в амплитуде (размахе) движений. Она зависит от анатомических особенностей суставных поверхностей, характера их сочленений, эластичности тканей, окружающих суставы, а также от функционального состояния центральной нервной системы и двигательного аппарата. Способность воспроизводить амплитуду движений максимально увеличивается в 7-10 лет и после 12 лет практически не изменяется, а точность воспроизведения малых угловых смещений (до 10-15°) увеличивается до 13-14 лет.
Большое значение для развития силы имеет формирование костной и мышечной системы. Сила отдельных групп мышц развивается неравномерно, поэтому в каждом возрастном периоде существуют разные соотношения между силой различных мышц. У дошкольников сила мышц туловища больше, чем мышц конечностей. В связи с повышенным мышечным тонусом и превышением силы мышц-сгибателей над разгибателями у дошкольников и младших школьников затрудняется сохранение выпрямленных поз, поэтому они могут поддерживать вертикальную позу без утомления не более 2 мин. У младших школьников наибольшую силу имеют мышцы-сгибатели туловища, бедра и подошвы. Сила мышц-разгибателей этих частей тела возрастает к 9-11 годам. Слабое развитие «мышечного корсета» вызывает искривление позвоночника, нарушение осанки при несоблюдении гигиенических правил. Слабость развития мышц стопы приводит к плоскостопию. Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем школьном возрасте, особенно интенсивно сила увеличивается с 10-12 до 16-17 лет. У девочек прирост силы происходит несколько раньше, с 10-12 лет, а у мальчиков - с 13-14. Тем не менее, мальчики по этому показателю во всех возрастных группах превосходят девочек, но особенно четкое различие проявляется с 13-14 лет.
Позже других физических качеств развивается выносливость, характеризующаяся временем, в течение которого сохраняется достаточный уровень работоспособности организма без развития утомления. Факторами развития выносливости является степень сформированности кислородтранспортной системы организма - дыхательной, сердечнососудистой и системы крови. Эти системы обеспечивают снабжение организма кислородом и его транспорт к работающим мышцам, благодаря чему включаются механизмы аэробного энергообеспечения мышц. Существуют возрастные, половые и индивидуальные отличия в выносливости. Выносливость (особенно к статической работе) детей дошкольного возраста находится на низком уровне. Интенсивный прирост выносливости к динамической работе наблюдается с 11-12 лет. Так, если принять объем динамической работы школьников 7 лет за 100%, то у 10-летних он будет составлять 150%, а у 14-15-летних подростков - более 400% (М.В. Антропова, 1968). Так же интенсивно с 11-12 лет нарастает у школьников выносливость к статическим нагрузкам. В целом к 17-19 годам выносливость учащихся составляет около 85% от уровня взрослого. Сенситивным периодом развития выносливости является юношеский возраст, когда в достаточной мерс созревают функции кардиореспираторной системы. Своего максимального уровня она достигает к 22-25 годам.
В целом к 13-15 годам заканчивается формирование всех отделов двигательного анализатора, которое особенно интенсивно происходит в возрасте 7-12 лет.
При старении масса мышц снижается и к 70-90 годам составляет примерно 50% от уровня в зрелом возрасте. Это происходит за счет уменьшения диаметра мышечных волокон и количества жидкости в ткани. Параллельно также уменьшаются сила и быстрота сокращения мышц, их возбудимость, эластичность, гибкость, точность, выносливость, что выражается в уменьшении амплитуды и плавности движений, нарастании ригидности, нарушении координации (неловкая походка), уменьшении мышечного тонуса, замедлении движений. Это обусловлено удлинением потенциала действия в миоцитах, замедлением скорости проведения возбуждения, уменьшением силы нервных процессов и ухудшением энергетического обмена в клетках.
Изменения силы мышц
Хорошо известно, что максимальная сила с возрастом уменьшается. Связано ли это с процессом старения или с уменьшением двигательной активности? И то, и другое.
Из этого графика следует, что силовая тренировка в течение всей жизни остается весьма эффективным средством для поддержания силы мышц. Однако, где-то после 60 лет уровень силы быстро падает, несмотря на тренировки. Возможно, здесь сказывается влияние заметных изменений в уровне гормонов. Количество и тестостерона, и гормона роста уменьшается гораздо быстрее после 60. Сила уменьшается из-за атрофии мышечных волокон. Важно отметить, что тренирующий силу 60-летний человек может быть сильнее своих нетренирующихся сыновей! А некоторые исследования показали, что увеличение силы возможно и в 90 лет. Так что начать тренировать силу никогда не поздно!
Тип мышечных волокон и возраст
Существовало много взаимоисключающих сообщений (а также мифов), рассматривавших возрастные изменения мышечных волокон. Однако, исследования срезов тканей людей, скончавшихся в возрасте от 15 до 83 лет, позволили предполагать, что соотношение типов волокон не меняется в течение жизни. Это предположение поддерживается сравнением результатов биопсии мышц более молодых и более возрастных спортсменов, тренирующихся на выносливость. И напротив, одно длительное исследование группы бегунов, проведенное впервые в 1974 г. и повторно в 1992 г., показало, что тренировка может играть некоторую роль в распределении волокон по типам. У спортсменов, которые продолжали тренироваться, оно оставалось неизменным. У тех, кто перестал тренироваться, оказался немного больший процент медленных волокон. Во-первых, причина этому - селективная атрофия быстрых волокон. Это понятно, т.к. они стали меньше использоваться. Также известно, что число быстрых секций немного уменьшается после 50 лет, примерно по 10% за десятилетие. Причины и механизмы этого явления пока неясны. Итак, получаем, что возрастной эффект для тренирующихся на выносливость заключается в неизменности соотношения типов волокон или в небольшом увеличении процента медленных волокон за счет потери быстрых. Но, быстрые волокна не становятся медленными.
Выносливость мышц и возраст
Для тех, кто тренируется на выносливость, важно то, что окислительная способность скелетных мышц мало изменяется с возрастом (если не прекращать тренироваться). Плотность капилляров в мышцах примерно одинакова у атлетов разных возрастов. Уровни окислительных энзимов одинаковы или чуть ниже у более старших. Это небольшое снижение, возможно, связано с уменьшением тренировочных объемов у спортсменов-ветеранов. Более того, даже пожилой человек, начинающий тренироваться, сохраняет потенциал улучшения выносливости мышц.
Выводы
Оказывается, что у спортсменов старшего возраста, которые продолжают тренировки на выносливость и на поддержание силы, заметные изменения в скелетных мышцах не проявляются лет до 50. После этого возраста начинаются изменения в количестве, но не в качестве мышечной массы. Эти изменения, однако, можно нивелировать тренировками. В общем, выявленные изменения снижают максимальную силу и мощность в большей степени, чем выносливость. Так можно объяснить то, что более возрастные атлеты выступают лучше на более длинных дистанциях.
Мышцы триатлета.
Новое исследование опубликовано на сайте www.everymantri.com . На первой иллюстрации изображены мышцы сорокалетнего триатлониста. На второй мышцы семидесятичетырехлетнего мужчины, ведущего сидячий образ жизни. На третьей иллюстрации мышцы 74-х летнего триатлета, регулярно тренирующегося. Все наглядно!
Важным показателем возможностей мышечной системы является работоспособность мышц – потенциальная способность человека к максимуму физического усилия при статической, динамической или смешанной работе. В дошкольном возрасте изучение возрастных особенностей работоспособности, как и других двигательных качеств мышечной системы, затруднено в связи с недостаточно развитой произвольностью усилия. Исследования изменений мышечной работоспособности у детей в возрасте от 7 до 18 лет показывают отчетливое ее снижение в период от 7–9 до 10–12 лет, которое сменяется постепенным повышением уровня функционирования двигательного аппарата: координации мышечной деятельности нервной системой, лабильности мышц (число потенциалов возбуждения, которое мышца способна провести за 1 с) и скорости восстановления после физической нагрузки. Изучение этого вопроса имеет большое практическое значение для обоснования рационального режима деятельности и отдыха. По мере старения организма работоспособность мышц уменьшается, снижаются сила и скорость их сокращений, выносливость.
Сила мышечного сокращения развивается неравномерно в разные периоды онтогенеза в различных группах мышц. С 6–7 лет опережающий характер имеет развитие силы сгибателей туловища и бедра, а также мышц, осуществляющих подошвенное сгибание стопы. С 9–11 лет ситуация изменяется: наибольшими становятся показатели силы при движении плечом и наименьшими – кистью, значительно увеличивается сила мышц, разгибающих туловище и бедро. В 13–14 лет эго соотношение снова изменяется: сила мышц, выполняющих разгибание туловища, бедра и подошвенное разгибание стопы, вновь возрастает.
Быстрота движений – способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени – определяется состоянием мышечного аппарата и воздействием центральных регулирующих механизмов, т.е. быстрота движений тесно связана с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения в нервной системе. С возрастом быстрота движений нарастает и достигает максимума к 14–15 годам. Быстрота движения тесно связана с силой и выносливостью, а также зависит от уровня развития нервных центров и проводящих нервных путей, определяющего скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным волокнам.
Выносливость – способность мышцы продолжать работу при нарастающем утомлении, она определяется временем, в течение которого мышца способна поддерживать определенное напряжение. Статическая выносливость определяется по времени сжимания рукой кистевого динамометра с силой, равной половине от максимальной. С возрастом она значительно увеличивается: у мальчиков 17 лет этот показатель в два раза превышает аналогичный у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только к 30 годам. К старости выносливость вновь снижается в несколько раз. Развитие выносливости в онтогенезе не имеет прямой связи с развитием силы: так, наибольший прирост силы происходит в 15–17 лет, а максимум повышения выносливости – в возрасте 7–10 лет, следовательно, быстрое развитие силы замедляет развитие выносливости.
Произвольные движения, лежащие в основе целенаправленной деятельности человека, становятся возможными в результате развития в онтогенезе координированной работы мышц. Возможности координации движений у маленького ребенка несовершенны. По мере роста и развития ребенка происходит не просто совершенствование координации движений, но и замена одних механизмов другими. Так, в движениях йог сначала возникает перекрестно-реципрокная координация, облегчающая попеременное движение ногами (ходьба, бег), и лишь к 7–9 годам формируется симметричная координация движений, сменяющая предыдущую (перекрестно-реципрокную) схему путем торможения и облегчающая одновременные движения ног. Основным механизмом регуляции точности движений является проприорецептивная чувствительность ("мышечное чувство"), а также другие органы чувств, обеспечивающие пространственную ориентацию.
Двигательная функция продолжает претерпевать изменения и по окончании периода детства достигает в зрелом возрасте наиболее полного развития и переживает инволютивные изменения в периоде старения. С возрастом постепенно уменьшаются все функциональные показатели, наиболее значительно снижается быстрота движений, в меньшей степени изменяются показатели мышечной силы.
Таким образом, в ходе онтогенеза задолго до рождения и вплоть до глубокой старости двигательная функция и отдельные ее составляющие развиваются интенсивно и неравномерно. Необходимо учитывать, что особенности развития двигательной функции на каждом возрастном этапе определяются не только возрастным фактором, но и конкретными условиями, в которых формируется двигательная функция, в значительной мере зависят от внешних и внутренних воздействий, влияющих на ее становление.
