- •Теоретические и прикладные задачи возрастной физиологии
- •Методы исследований в возрастной физиологии
- •Методический арсенал возрастной физиологии
- •Возрастная периодизация
- •Сенситивные и критические периоды развития
- •Модуль 2. Регуляторные системы организма и их возрастные особенности Модуль 3. Обмен энергии и терморегуляция на разных возрастных группах
- •3.1. Обмен энергии
- •3.2. Терморегуляция
- •3.3. Требования к планировке школьного здания и земельному участку
- •(Задание к педагогической практике)
- •1. Изучить литературу па вопросам:
- •2. Воспользовавшись данными последнего медицинского осмотра учащихся класса, оценить состояние их здоровья и составить следующий протокол:
- •3.Оценить санитарно-гигиеническое состояние (подчеркнуть):
- •1). Школы:
- •2). Класса:
- •Модуль 4. Сенсорные системы на разных возрастных этапах
- •4.1. Общие свойства и особенности развития анализаторов в онтогенезе
- •4.2. Зрительный анализатор, физиология зрения
- •4.3.Слуховой анализатор, физиология слуха
- •4.4. Вестибулярный анализатор и его функции
- •4.5. Кожный анализатор и его функции
- •4.6. Вкусовой, обонятельный анализаторы и их функции
- •Модуль 5. Опорно-двигательный аппарат на разных возрастных этапах
- •5.1. Костная система и профилактика деформаций опорно-двигательного аппарата
- •5.2. Мышечная система и развитие двигательных
- •5.3. Физиология спорта и физической культуры
- •Модуль 6. Особенности высшей нервной деятельности детей и подростков на разных возрастных этапах
- •6.1. Физиологические механизмы высшей нервной деятельности
- •6.2. Возрастные особенности высшей нервной деятельности
- •6.3. Индивидуальные особенности высшей нервной деятельности
- •6.4. Физиология учебно-воспитательного процесса
- •Модуль 7. Психофизиологические аспекты поведения ребенка. Становление коммуникативного поведения.
- •Модуль 8. Критерии определения уровня функционального развития и готовности ребенка к обучению в школе
5.2. Мышечная система и развитие двигательных
функций
Мышечная система и ее функции. Мышцы человека образованы в основном мышечной тканью. Различают гладкую и поперечно-полосатую мышечную ткань. Общие свойства и тех и других мышц — их возбудимость, проводимость и способность к сокращению.
В своем гениальном труде «Рефлексы головного мозга» великий русский физиолог И. М. Сеченов писал: «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению» (И. М. Сеченов, 1952). Создатель теории функциональных систем П. К. Анохин отмечал, что движение — обязательный исполнительный механизм на пути достижения конечного приспособительного результата любого уровня, иными словами, движение — обязательное условие жизни. Действительно, жизнь организма — это постоянный контакт его с внешней средой, на всевозможные воздействия которой организм дает ответную реакцию, в основе которой лежат безусловные и условные рефлексы. Исполнительным же механизмом этих реакций служат мышцы: гладкие и скелетные. От работы первой группы — гладких мышц — зависит работа внутренних органов (что подробнее излагалось в гл. 5), а от работы скелетных мышц зависят произвольные движения. В данной главе речь пойдет преимущественно о функциях скелетных мышц и опорно-двигательного аппарата в целом, в состав которого входят эти мышцы. Вместе с тем состояние и работа скелетных мышц влияют на работу вегетативной нервной системы и гладкой мышечной ткани внутренних органов.
Гладкая мышечная ткань образует гладкую мускулатуру, которая входит в состав внутренних органов и сосудов. Отличительная особенность гладких мышц состоит в том, что их сокращение возникает под
192 влиянием автономной вегетативной нервной системы, в силу чего этот процесс в значительно меньшей степени подвержен влиянию сознания. Сокращения гладкой мускулатуры обеспечивает изменение функций висцеральных систем (кровообращение, дыхание, пищеварение, обмен веществ, выделение, эндокринные железы), поддерживающих постоянство внутренней среды организма (гомеостаз).
Поперечно-полосатая мышечная ткань образует скелетные мышцы и отличается от гладкой более высокой возбудимостью, проводимостью и сократимостью. Скелетные мышцы обеспечивают поддержание позы, мимику, жесты, речь, передвижение тела в пространстве. Сокращение поперечно-полосатой мускулатуры контролирует соматическая нервная система, работа которой подчинена сознанию.
Мышечные клетки поперечно-полосатой мышечной ткани имеют малый диаметр и большую длину и носят название волокон. В состав мышечных волокон входит большое количество миофибрилл — тонких волоконец, содержащих особые белки — миозин и актин, способные к сокращению. Механизм сокращения запускается нервным импульсом, а источником энергии служат молекулы АТФ. Расслабляются мышечные волокна пассивно.
Скелетная мышца — орган, образованный поперечно-полосатой мышечной тканью и содержащий, кроме того, соединительную ткань, нервы и сосуды. Мышца окружена футляром из соединительной ткани. В теле человека их насчитывается более 600. Мышца имеет тело, или брюшко, и два сухожильных конца, с помощью которых она прикрепляется к кости. Форма мышц разнообразна и в значительной степени зависит от функционального назначения. Функционально мышцы можно разделить на сгибатели и разгибатели, вращатели кнаружи и кнутри, приводящие и отводящие. Выделяют мышцы синер-гисты и антагонисты. Первые совместно выполняют какое-либо движение, вторые — противоположные движения. По месту расположения выделяют мышцы спины, груди, живота, головы, шеи, верхних и нижних конечностей.
Сократимость — основное свойство мышцы — характеризуется ее способностью укорачиваться или развивать мышечное напряжение. Мышца сокращается под влиянием нервных импульсов, поступающих из различных центров головного мозга. Непосредственная связь осуществляется через низшие отделы центральной нервной системы, расположенные в спинном мозге. В передних рогах спинного мозга имеются мотонейроны, аксоны которых идут к скелетным мышцам. Здесь между нервным и мышечным волокнами образуется нервно-мышечный синапс, в котором возбуждение передается, так же как в синапсах ЦНС, химическим путем с помощью медиаторов. В ответ на раздражение импульса в мышце развивается процесс возбуждения.
Уровень возбудимости мышцы — важнейший показатель, характеризующий функциональное состояние нервно-мышечного аппарата. Процесс возбуждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в клетках мышечной ткани и ее биоэлектрических свойств. Биоэлектрические процессы в мышцах можно регистрировать с помощью специального прибора и записывать миограммы. Сокращение поперечно-полосатых мышц связано с затратой большого количества энергии, источником которой служат продукты питания.
Деятельность мышц в значительной степени характеризуется лабильностью — скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения. Лабильность мышечных волокон значительно ниже, чем лабильность нервных волокон. Уровни возбудимости и лабильности мышцы меняются под действием различных факторов. Например, физическая зарядка повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки — понижают.
Сила мышц измеряется тем максимальным напряжением, которое она способна развить. Выносливость мышц, определяемая способностью длительное время выполнять динамическую и статическую работу, увеличивается постепенно и продолжает повышаться до 40, а иногда до 60 лет.
Повышение выносливости с возрастом связано с регулярной мышечной тренировкой. За день ребенок может проходить до 20 км, а взрослый дистанцию в 40 км и более не за день, а за 3 — 5 ч.
Роль движения в жизни человека. Естественные движения человека весьма разнообразны. В процессе движения мышцы, сокращаясь, совершают работу. Динамическая работа связана с мышечной работой, при этом сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. Статическая работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В реальных условиях работа мышц всегда смешанная, однако в движениях человека может преобладать либо динамический, либо статический компонент.
Способность человека длительно совершать физическую работу называют физической работоспособностью. Величина ее зависит от пола, возраста, тренированности, факторов окружающей среды (время суток, температура, содержание кислорода в воздухе и т.д.), функционального состояния организма. Единица измерения физической работоспособности — килограммометр в минуту. Для сравнительной характеристики физической работоспособности рассчитывают относительную физическую работоспособность, разделив общее количество произведенной работы за 1 мин на массу тела человека. Средний уровень физической работоспособности юноши 20 лет составляет 15,5 кгм-кг/мин, а спортсмена такого же возраста — 25 кгм-кг/мин. Определение физической работоспособности может использоваться для характеристики общего физического развития и состояния здоровья детей и подростков.
Утомление мышц — временное понижение их работоспособности после относительно большой физической нагрузки. Оно обусловлено процессами, происходящими в центральной нервной, сердечно-сосудиетой, дыхательной и эндокринной системах. После отдыха утомление исчезает. Мышечное утомление — нормальный физиологический процесс. Однако чрезмерное мышечное напряжение вредно сказывается на состоянии организма (особенно сердечно-сосудистой системы) и может стать причиной тяжелых патологических нарушений.
Вместе с тем известно, что интересная работа, т.е. работа, связанная с получением полезного результата, обусловленного потребностями данного человека, долго не вызывает утомления, а неинтересная, даже при малых нагрузках, вызывает его весьма быстро. Следовательно, ведущий фактор развития утомления — отсутствие потребности в данном виде деятельности и общее функциональное состояние организма — настрой на работу или нежелание ее делать — играет главную роль в развитии утомления.
Утомление — нормальный физиологический процесс, выработанный в процессе эволюции для защиты физиологических систем от переутомления, которое уже является патологическим процессом и характеризуется расстройством деятельности нервной и других систем организма.
Рациональный отдых быстро восстанавливает утраченную работоспособность организма. При этом следует помнить, что отдых должен быть активным, т.е. лучший отдых — смена видов деятельности. После спортивной тренировки полезно сесть за книги, а после учебных занятий — поиграть в футбол, заняться уборкой квартиры.
У человека с функциями опорно-двигательного аппарата связано то, что обеспечило ему преимущество перед остальными представителями животного мира — труд и речь, которые стали важнейшими движущими силами антропогенеза. Особое значение мышечная деятельность имеет для развивающегося организма ребенка. Движения — важнейший фактор нормального развития ребенка, начиная с внутриутробного периода. В постнатальном периоде двигательная активность приобретает еще большее значение. Младенец около 50 % своего времени проводит в движении. Ограничивать его двигательную активность — значит тормозить развитие ребенка.
Постоянные мышечные нагрузки благоприятно сказываются на развитии ребенка: улучшается состояние сердечно-сосудистой и дыхательной систем, ускоряется функциональное созревание головного мозга. Тренировка тонких движений пальцев рук способствует быстрому овладению речью. Таким образом, движения для ребенка не только важный фактор физического становления, но и необходимость для развития высших психических функций: речи и мышления.
Нельзя забывать, что организм человека на любом возрастном этапе представляет собой единое целое. Все его физиологические системы: нервная, опорно-двигательная, сердечно-сосудистая и др. — тесно взаимосвязаны, поэтому функциональные изменения в одной из них приводят к изменению деятельности другой. Нервная система управляет деятельностью опорно-двигательного аппарата, вызывая мышечное сокращение и обеспечивая согласованную работу мышц.В свою очередь, мышечная деятельность в разумных пределах оказывает тонизирующее влияние на функциональное состояние всех отделов нервной системы.
Положительно влияет мышечная деятельность и на вегетативные функции организма: активируется дыхание и работа сердечно-сосудистой системы, нормализуются процессы обмена веществ, выделения и др. Ограничение подвижности или мышечные перегрузки нарушают гармоничность развития и играют не последнюю роль в развитии многих заболеваний.
Возрастные особенности развития мышечной системы и моторики. В процессе онтогенеза мышечная система претерпевает значительные структурные и функциональные изменения. Образование мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно, т. е. в первую очередь формируются скелетные мышцы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном возрастном этапе. Активный рост мышечной ткани наблюдается до 7 лет и в период полового созревания. В 14—15 лет структура мышечной ткани практически не отличается от структуры мышечной ткани взрослого, однако утолщение мышечных волокон может продолжаться до 30—35 лет.
Развитие мышц верхних конечностей обычно опережает развитие мышц нижних конечностей. У годовалого ребенка мышцы рук и плечевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интенсивно мышцы рук развиваются в 6—7 лет и в период полового созревания. В процессе онтогенеза значительно меняются функциональные свойства мышц. Увеличиваются их возбудимость и лабильность, изменяется мышечный тонус. У новорожденного преобладает тонус мышц-сгибателей, поэтому руки и ноги грудных детей чаще находятся в согнутом состоянии. Кроме того, у маленьких детей плохо выражена способность мышц к расслаблению, с чем связана скованность ихдвижений.
До 6—7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно короткое время. Затем, вслед за развитием центральной нервной системы и в первую очередь коры головного мозга, постепенно развивается точность движений и совершенствуется способность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях. Наиболее интенсивно ловкость продолжает развиваться и совершенствоваться до 17 лет. Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем возрасте — с 10 до 13— 15 лет. У девочек этот процесс начинается раньше, а у мальчиков позже, однако они превосходят девочек по этому показателю, особенно начиная с 13 —14 лет.
Движения человека, которые осуществляются благодаря сокращениям мышц, имеют рефлекторную природу и возникают под действием импульсов, поступающих от нервных центров. Деятельность нервных центров определяется раздражениями из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. В процессе движения мозг на основе обратных связей получает сигналы о ходе его осуществления и вносит определенные коррективы в движение с целью получения желаемого результата. Таким образом, функционирует функциональная система двигательного анализатора, представляющая собой непрерывный поток нервных импульсов, идущих от периферических рецепторов (проприорецепторов) в мозг, а от него — к органам-исполнителям — мышцам. Сокращения мышц вновь регистрируются периферическими рецепторами, от них поток нервных импульсов поступает к нервным центрам и т.д. К 13 — 15 годам формирование всех отделов двигательного анализатора заканчивается и после 15 лет движения становятся более пластичными.
В процессе возрастного развития опорно-двигательного аппарата и двигательного анализатора и под влиянием окружающей среды (физическая активность, занятия физкультурой и спортом) изменяются двигательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость, выносливость мышц, совершенствуются движения. Однако это развитие происходит неравномерно. Прежде всего развиваются быстрота (скорость) движений, которая к 13 —14 годам достигает уровня взрослого человека, что обусловлено ускорением физиологических процессов в нервно-мышечном аппарате. К этому же возрасту в основном завершается развитие ловкости, связанное со способностью к точным координированным движениям. Для развития ловкости наиболее важен дошкольный и младший школьный период.
Позже других качеств развивается выносливость, которая характеризуется временем сохранения работоспособности на достаточно высоком уровне. Этот показатель имеет возрастные, половые и индивидуальные отличия и в значительной степени связан с интересом к совершаемой работе, т. е. с потребностью и мотивационным возбуждением в центральной нервной системе. Выносливость к динамической и статической работе интенсивно нарастает с 11 —12 лет. В целом к 17 —19 годам выносливость школьников составляет около 85 % уровня взрослого и своего максимума достигает к 25 —30 годам.
Двигательная активность и координация движений у новорожденного далеко несовершенны. Набор его движений ограничен только безусловно-рефлекторными движениями. Особый интерес представляет плавательный рефлекс, который также имеет врожденную безусловно-рефлекторную природу. Максимальное его проявление наблюдается к 40-му дню после рождения ребенка. В этом возрасте ребенок способен совершать плавательные движения и держаться на иоде до 15 мин (при этом следует поддерживать голову ребенка, так как мышцы шеи еще очень слабы). В дальнейшем рефлекс плавания без повторения и подкрепления угасает, а ему на смену формируются другие двигательные навыки.
Развитие движений ребенка обусловлено не только созреванием опорно-двигательной и нервной системы, но в значительной степени лшисит от условий воспитания.
Все основные естественные движения, свойственные человеку (ходьба, бег, прыжки), и их координация формируются у ребенка до 3—5 лет. Вместе с тем координационные механизмы и в дошкольном и раннем школьном возрасте еще несовершенны. Однако дошкольник, несмотря на то что его движения плохо координированы и неловки, способен овладевать относительно сложными движениями. Именно поэтому в раннем возрасте дети начинают проявлять разнообразные двигательные умения (учиться музыке, танцам, пользоваться инструментом, заниматься спортом). Овладение движениями, требующими точной координации (письмом и др.), начинается с 6 —7 лет и заканчивается к подростковому возрасту.
Совершенствование движений и их координация продолжаются и в зрелом возрасте, если человек занимается систематической тренировкой и развитием этих движений, однако наиболее интенсивно этот процесс идет в первые годы жизни до подросткового возраста, поэтому это время не должно быть упущено.
Вместе с тем совершенствование любых двигательных навыков, а это все условные рефлексы, тесно связано с развитием нервной системы ребенка, поэтому всякая задержка в развитии движений должна насторожить родителей и воспитателей и заставить их обратиться за помощью к специалистам.
В подростковом возрасте вследствие гормональных перестроек координация движений несколько нарушается, однако это временное явление, которое обычно после 15 лет исчезает. Окончательное формирование механизмов координации заканчивается в подростковом возрасте, и к 18 — 25 годам они полностью соответствуют уровню взрослого человека. Возраст 18 — 30 лет — возраст расцвета двигательных способностей человека.
Как уже упоминалось, в основе движений (профессиональных, трудовых, бытовых навыков) лежит образование временных связей в коре головного мозга (условных рефлексов) и последующее формирование из них сложных динамических стереотипов. Большое значение в появлении и совершенствовании всех навыков имеет принцип доминанты, на основе которого возникает мотивация поведения.
В процессе любой двигательной активности, особенно спортивной и трудовой, совершенствуются координация движений, функции двигательного аппарата при активном участии вегетативной сферы, и в целом эта деятельность благоприятно влияет на физическое и психическое развитие.
Физические упражнения, соответствующие грудному возрасту, способствуют физическому развитию ребенка, совершенствованию основных нервных процессов, стимулируют развитие речи, повышают внимание и создают благоприятный эмоциональный фон. Любые физические упражнения значительно повышают функциональные возможности физиологических систем организма, увеличивая его работоспособность и устойчивость к заболеваниям.
Под воздействием мышечной работы усиливается активность гипоталамуса, что приводит к увеличению количества выделяемых гипофизом кортикотропного и тиреотропного гормонов, а также гормона роста. В то же время секреция гонадотропинов тормозится. Таким образом, при физической работе гипофиз вырабатывает дополнительные гормоны для стимуляции энергетических и пластических обменных процессов, но тормозит активность половой сферы. Если работа приводит к утомлению, то стимуляция гипофизом коры надпочечников прекращается.
В ответ на воздействие со стороны гипофиза щитовидная железа при мышечной работе может несколько повысить свою активность, выбрасывая в кровь добавочные порции тироксина, обеспечивая активацию тканевого дыхания. Параллельно возрастает уровень кальцитонина, который способствует укреплению костной ткани, поэтому детренированность и гиподинамия нередко ведут к появлению хрупкости костей.
Гормоны щитовидной железы особенно активны в тех случаях, когда организм попадает в условия пониженной температуры, поскольку тироксин усиливает продукцию тепла мышечными клетками и печенью, тем самым участвуя в регуляции температуры. Вилочковая железа (тимус), основная роль которой — участие в иммунных реакциях организма, под влиянием напряженной мышечной деятельности также повышает свою эндокринную активность.
Поджелудочная железа сначала повышает свою активность, и содержание инсулина в крови увеличивается — соответственно увеличивается использование глюкозы тканями организма. Затем уровень инсулина снижается, и с этим связан переход на использование жиров в качестве питания для работающих мышц. Эта реакция чрезвычайно целесообразна, так как жиры представляют собой гораздо более экономичное «топливо» для мышц, чем углеводы.
Стимуляция со стороны гипофиза побуждает кору надпочечников вырабатывать дополнительные количества глюкокортикоидов. Благодаря этому мобилизуются белковые и углеводные ресурсы организма, активизируются многие приспособительные реакции, в том числе со стороны сердечно-сосудистой системы. Однако чрезмерные нагрузки приводят к перерасходу и исчерпанию ресурсов глюкокортикоидов, что проявляется в форме синдрома переутомления и сопровождается головной болью, расстройством вегетативных функций, неприятными ощущениями в области солнечного сплетения и т. п. Мозговой слой надпочечников первым реагирует на мышечную нагрузку резкой активацией продукции адреналина. При значительном утомлении содержание адреналина и норадреналина во всех тканях тела, включая кровь, заметно снижается.
Интенсивная мышечная нагрузка тормозит продукцию женских половых гормонов — эстрогенов. В то же время силовые нагрузки, связанные с напряженными мышечными сокращениями, стимулиру-ют выработку мужских половых гормонов — андрогенов. Эта реакция обеспечивает рост мышц в процессе тренировок. Именно поэтому ее могут вызывать искусственно с помощью синтетических анаболических стероидов, запрещенных к применению в спорте наравне с другими допингами. Использование допингов может приводить к безвозвратной утрате мужчинами потенции, а женщинами фертильности (способности вырабатывать яйцеклетки, пригодные для оплодотворения), а также к развитию сердечно-сосудистых и раковых заболеваний.
Повышенный уровень андрогенов в крови мужчин, занимающихся тяжелым физическим трудом, особенно в периоды отдыха, способствует их повышенной половой активности. Умственная работа, напротив, угнетает половую функцию.
Детям до завершения полового созревания и окончания пубертатного скачка роста противопоказаны тяжелые физические нагрузки, связанные с поднятием тяжестей (спортивные единоборства, тяжелая атлетика и т. п.). Это обусловлено тем, что на фоне неустановившейся нейрогуморальной регуляции негативные последствия таких нагрузок могут проявиться как в преждевременной остановке роста, так и в ускоренном завершении полового созревания, что нередко отрицательно сказывается на состоянии здоровья в дальнейшем.