Физиология двигательной активности

Внутриутробное развитие мышц. Скелетные мышцы развиваются из мезодермы. На 3-й нед. мезодерма разделяется на сомиты, у которых верхняя часть образует мнотоны, т.е. мышечные волокна. Эти миотоны дают начало почти всем поперечно-полосатым мышцам. Каждый миотон состоит из миобластов, которые интенсивно размножаются и мигрируют в соответствующие области, в том числе в зачатки конечностей. На 20*й нед. миобласты сли­ваются в миотрубку: из нее формируется мышечное волокно или мион. Часть миобластов 'сохраняется в мионе для регенерации. Формирование мышечных волокон происходит гете-рохронно. в первую очередь развиваются мышцы, которые более всего необходимы для выполнения жизненно важных функций. Например, вначале они образуются в языке, губах, диафрагме, межреберных мышцах, мышцах стоп и намного позже — в конечностях. Поэто­му к моменту рождения степень развития мускулатуры различна.

Постваталыюе развитие мышц. В постнатальном периоде мышцы также развиваются гетерохронно. У новорожденных относительная масса мышц меньше (23% от массы тела), чем у взрослых (44%); при этом у них в основном развиты мышцы туловища, языка, губ и крайне слабо — мышцы конечностей. В 8 лет доля мышечной массы составляет 26% от массы тела, в 15 лет — 32,6%, а в 18 лет ■— как и у взрослых — 44%. У грудных детей в первую очередь развиваются мышцы живота, затем — жевательные мышцы; в период пол-

занья и ходьбы развиваются мышцы спины и конечностей. На руках вначале развиваются крупные мышцы плеча, предплечья; значительно позднее — мышцы кисти. Поэтому до 6 лет точная работа пальцами затруднена, что препятствует раннему обучению письму. С нача­лом пубертатного периода укрепляются связки, возрастает объем мышц. На завершающих этапах пубертата у юношей прирост мышечной массы (рук, спины, плечевого пояса) осо­бенно выражен. После 15 лет интенсивно развиваются мелкие мышцы, что способствует повышению точности движений и координационных возможностей. Развитие мышц продолжается до 25—35 лет. Во всех случаях рост мышечной массы обусловлен увеличе­нием диаметра и длины мышечных волокон. Например, у новорожденных их диаметр (мкм) составляет 6,5—8,0; в 3 года — 12—16; в 7 лет — 21—22; в 14—17 лет — 26—28. Рост мышечного волокна в длину происходит за счет точек роста на концах волокна, прилежа­щих к сухожилию. Число ядер в мышечных волокнах с возрастом снижается: при рождении в 1 волокне 40—45 ядер, в 3 года — 18, в 14—17 лет — 6. Как правило, число мышечных волокон (и их вид) не меняется.

Дифференцнровка мышечных волокон.Дифференцировка волокон на быстрые (белые, анаэробные) и медленные (красные, аэробные) происходит на 20-й неделе внутриутробно­го развития, но в функциональном отношении различия между ними еще долго не проявля­ются. До 7—10 лет основная масса мышц состоит из красных мышечных волокон. За счет хорошей капилляризации они обеспечивают всю деятельность мышц. В период полового созревания начинают развиваться (параллельно с соответствующими а-мотонейронами) белые мышечные волокна, что вызывает рост силы и скорости мышечного сокращения и улучшает координационные способности. Именно в эти годы выгодно развивать скорост-ные, силовые и скоростно-силовые качества.

Белки мышц.У новорожденных количество белков, в том числе регуляторных, в мыш­цах в 2 раза меньше, чем у взрослых. При этом мышцы содержат фетальную форму миози­на, которая обладает низкой АТФ-азной активностью, но высокой антихолинэстеразной актив­ностью. На ранних этапах онтогенеза скорость взаимодействия актина и миозина низкая, а длительность активного состояния — большая. Повышение с возрастом АТФ-азной актив­ности и работы кальциевых насосов, откачивающих ионы кальция в цистерны саркоплазмати-ческого ретикулюма, способствует росту скорости мышечного сокращения.

Сосуды и нервы мышц.В антенатальном и раннем постнатальном периоде характер ветв­ления кровеносных сосудов в мышцах — рассыпной или переходного типа; в последующем ветвление сосудов приобретает магистральный тип. В целом уже в раннем онтогенезе капил­лярная сеть в мышцах развита хорошо — она густая и обильная. Эфферентные нервы ске­летных мышц созревают постепенно и достигают «взрослого» состояния к 11—13 годам. Скорость проведения возбуждения по двигательным волокнам возрастает в 2 раза: напри­мер, в локтевом нерве у новорожденного она равна 31 м/с, а у взрослого — 62 м/с. Рост проводимости объясняется увеличением диаметра нервных волокон, их миелиниэацией, повышением амплитуды ПД, пространственным перераспределением ионных каналов (кон­центрацией в области перехвата Ранвье). Нервно-мышечные синапсы формируются на 13— 14-й нед. внутриутробного периода, но окончательного развития достигают к 7—8 годам. У новорожденных синапс имеет примитивное строение (эмбриональный тип). В последую­щем растет число терминальных разветвлений, усложняется их форма, появляется складча­тость постсинаптической мембраны, на которой возрастает число холинорецепторов; си­напсы покрываются слоем шванновских клеток. Созревание синапсов идет гетерохронно: в мышцах языка, например, они созревают к моменту рождения, а в мышцах конечностей — к 7—8 годам. С возрастом происходит переход от «множественной» иннервации к одиноч­ной, т.е. «1 волокно—1 синапс». Изменяется и характер передачи в синапсах: возрастает скорость передачи возбуждения (у новорожденных синаптическая задержка равна 4,5 мс, у взрослых — 0,5 мс) и лабильность (у новорожденного за i с передается до 20 ПД, у взрослых — 80—100 ПД).

Двигательный анализатор.Проприорецепторы активно функционируют уже во внутри­утробном периоде. На постнатальном этапе происходит их перемещение в те участки мышц, которые подвергаются наибольшему растяжению. Афферентные нервы хорошо развиты у новорожденных. Однако в функциональном отношении они «дозревают» к 7—8 годам. К этому же времени существенного развития достигает и корковая часть двигательного анализатора. Восприятие состояния мышцы преимущественно приходится на период со­зревания передних (лобных) ассоциативных зон. Корковая часть двигательного анализато­ра развивается постепенно (например, 4-е поле по Бродману формируется к 3—4 годам, 6-е поле — к 7 годам), достигая «зрелости» к 13—15 годам. Огромную роль в становлении двигательного анализатора играет трудовое и физическое воспитание.

Физиологические свойствамышц. Мембранный потенциал мышечных волокон у ново­рожденных составляет 55—60 мВ. За счет увеличения проницаемости для ионов калия, натрия, повышения работы натрий-калиевого насоса уже к 3 мес. он достигает 70—80 мВ. Потенциал действия у плодов имеет платообразную форму (как у сердечной мышцы). Од­нако к моменту рождения он приобретает типичный для скелетных мышц пикообразный характер. В процессе онтогенеза повышаются его амплитудные и скоростные характерис­тики. Для мышц новорожденных характерны низкая возбудимость и лабильность (большая длительность абсолютной рефрактерной фазы, высокая реобаза и хронаксия), низкая скорость сокращения и расслабления, а также высокая чувствительность к ацетилхолину. Такие мыш­цы не способны к развитию тетануса, в том числе гладкого. В процессе онтогенеза все эти свойства изменяются и достигают значений, характерных для взрослых, к 9—15 годам.

Тоническая активность мышц.У плода преобладает тонус мышц-сгибателей, что способ­ствует созданию оптимальной для него позы. У новорожденных даже во время сна тонус всех мышц, особенно мышц-сгибателей, тоже повышен. Такая своеобразная форма двига­тельной активности важна для терморегуляции, для стимуляции мышечного роста, а также для реализации антигравитационных реакций. Повышенный тонус сгибателей объясняется относительно высокой активностью красного ядра и/или незрелостью вестибулярных ядер. По мере созревания пирамидной системы (6 мес. и позже) тонус мышц-сгибателей снижа­ется, что имеет важное значение для развития локомоций — сидения, стояния и ходьбы.

Движения плода. За счет комплекса безусловных двигательных рефлексов плод совер­шает движения (локомоций), которые воспринимаются матерью как шевеления. Частота шевелений плода зависит от его состояния. Например, незначительная гипоксия может при­водить к их учащению, а глубокая — к угнетению. Поэтому регистрация шевелений плода (фетоактография) может иметь большое клиническое значение для оценки состояния пло­да. Двигательная активность плода способствует его нормальному развитию, выполняет (как и в постнатальном периоде) роль периферического сердца, создает условия для удер­жания плода в головном предлежашш и в определенной степени обеспечивает индукцию родов, а также сам процесс рождения плода.

Двигательная активность ребенка.Движения новорожденных и грудных детей хаотич­ны, генерализованы, носят червеобразный характер и нецеленаправлены. Они протекают на фоне гипертонуса мышц, особенно мышц-сгибателей. Новорожденные способны к плава­тельному рефлексу, проявление которого особенно выражено на 30—40-й день жизни: ре­бенок способен самостоятельно удерживаться в воде до 15 минут. Если рефлекс не разви­вать, то он угасает. В процессе постнатального онтогенеза происходит поэтапное станов­ление различных форм движений, в основе которого лежит процесс координации двига­тельных систем мозга. Координация мышц глаз, наблюдаемая на 2—3-й нед, отражает пер­вое проявление становления механизмов целенаправленной двигательной деятельности и координации. Она проявляется в фиксации взора ребенка на ярком предмете, слежений за движением высоко поднятой игрушки. В 1,5—2 месяца появляется способность к коорди­нации мышц шеи (удержание головки в вертикальном положении при вертикальной позе ребенка или подъем ее при положении на животе), в 2—2,5 мес. — к координации мышц

рук (приближение руки к глазу или к носу, потирание руками глаза или носа, ощупывание своих рук, перебирание пальцами одеяла или пеленки). Затем формируются механизмы, обеспечивающие целенаправленные движения—удержание игрушки двумя руками (3,5 мес.), активное протягивание руки к предмету, хватание предмета (5 мес.), ножницеобразное хва­тание предметов за счет смыкания большого и среднего пальцев (9—10 мес), клещеобраз-ное хватание предметов, т.е. захват с использованием концевых фаланг большого и указа­тельного пальцев (12—13 мес). Координация мышц спины проявляется в том, что ребенок совершает поворот со сшшы на бок (4 мес), со спины на живот (5 мес), поворот с живота на спину (S—6 мес). Благодаря координации мышц ног у ребенка появляется способ­ность самостоятельно сидеть (6 мес), ползать с перекрестным движением рук и ног вперед (7—8 мес), передвигаться на четвереньках, т.е. ползать с приподнятым животом (8 мес). Важным этапом в становлении координационных механизмов является реализации позы стоя (8—9 мес.) и ходьбы (10—11 мес. — первые шаги; 12—16 мес. — ходьба на согнутых в коленном и тазобедренном суставах ногах; 2—3,5 года — ходьба на «вытянутых палоч­ках», т.е. не сгибая ног, 4—5 лет — зрелая походка с синхронными марширующими движе­ниями рук). За счет появления координации между мышцами ног, рук, туловища и шеи в 4—15 лет совершенствуется ходьба, увеличивается длина шага, формируется правильная постановка стоп (под углом 35° к сагиттальной оси), правильное сочетание движений рук при ходьбе и правильная осанки при ходьбе. В процессе развития формируются и другие виды координации, которые обеспечивают сохранение равновесия при ходьбе (3—4 года), совершение бега (3—15 лет) и прыжков (4—15 лет). В целом последовательное развитие координационных способностей человека приводит к тому, что к 3—5 годам формируются все естественные виды движения. В 4—5 лет ребенку доступны такие сложные локомоцин, как бег, прыганье, катание на коньках, плаванье, гимнастические упражнения. В этом воз­расте дети могут рисовать, играть на музыкальных инструментах. Но все эти движения во многом несовершенны, и только к 15 годам (за счет многократного повторения и обучения) они лишаются этого недостатка. Период полового созревания вносит в этот процесс вре­менные «отрицательные» коррективы. В целом возраст от б до 14 лет — это наиболее про­дуктивный период развития двигательных навыков и физического совершенства, а период от 18 до 30 лет является «золотым» возрастом для развития моторики.

Развитее двигательных качеств ребенка.В процессе роста и развития ребенка развива­ются его основные двигательные качества и координационные способности. Для каждого качества существует свой сенситивный период, т.е. наиболее благоприятный для эффектив­ного его развития. Развитие мышечной силыпроисходит преимущественно за счет роста мышечной массы (гипертрофии) и за счет повышения эффективности управления мышца­ми. Оно идет гетерохронно: разные группы мышц развиваются в разное время. Например, сила мышц-разгибателей спины достигает максимума в 16 лет, а мышц-сгибателей спины -в 20 лет. Развитие мышечной силы идет неравномерно: наиболее интенсивно оно происхо­дит в подростковом возрасте; к 18 годам прирост силы замедляется, а к 25—26 годам пре­кращается. Например, мышечная силы кисти в 7 лет составляет 12—13 кг, в 10 лет — 17— 20 кг, в 14 лет — 27—35 кг, в 17 — 31—48 кг; становая сила в 7 лет достигает 31—34 кг, в 10 лет — 38—42 кг, в 14 лет — 53—54 кг. Развитие быстроты двигательных актовсвязано с повышением скорости мышечного сокращения, проведения возбуждения по нерву и синап­су, скорости обработки сенсорной информации и принятия решения в коре больших полу­шарий. Оно начинается с 4—5 лет, достигает максимума в 14—30 лет; сенситивный период приходится на возраст от 6 до 14 лет. Точность движенияотражает степень координации двигательных актов, которая зависит от развития двигательного анализатора. В 4—5 лет дети не могут совершать тонкие, точные движения. Рост точности начинается с 6—7 лет, достигает максимума к 25—30 годам; сенситивный период приходится на 11—16-летний возраст. Ловкость,т.е. способность максимально быстро выполнить точное движение, яв­ляется комбинацией двух качеств — быстроты и точности. Она развивается после 6 лет,

достигает максимума к 17 годам, а ее сенситивный период приходится на 8—13 лет. Разви­тие выносливости к длительному выполнению статической ■ динамической работы (общая выносливость) определяется ростом аэробной и анаэробной производительности организ­ма, а также формированием механизмов, препятствующих развитию утомления. Развитие выносливости происходит медленно, преимущественно в период полового созревания. Поэтому детям до 12—13 лет следует избегать длительных нагрузок. Максимальных зна­чений выносливость достигает в 25—30 лет. Одним из показателей выносливости к стати­ческим нагрузкам является длительность развития кистевыми мышцами усилий, составля­ющих 50% от максимума: в 7 лет она равна 57—59 с, в 10 лет — 84—88 с, в 14 лет — 94— 105 с, а в 17 лет — 108—114 с. Показателем общей (аэробной) выносливости или работоспо­собности является величина максимального потребления кислорода (см. Возрастные осо­бенности системы кровообращения), а также PWCiw — т.е. мощность физической работы, при которой ЧСС достигает 170 уд/мин (по Карпману В.Л.). В расчете на кг массы тела эта величина составляет в Шлет 11—12кгм/мин,в 14 лет—14—15кгм/мин,ав 16лет—15— 17 кгм/мин. Способность к восстановлению мышечнойдоботоспособности уже достаточно хорошо выражена у 7—9-летних детей. В период полового созревания реституционные про­цессы временно снижаются, а после 16—18 лет они достигают максимума. Сенситивный период развития гибкости приходится на возраст от 3 до 8 лет.

Оптимальная двигательная нагрузка. Вследствие кинезофилии, т.е. биологической по­требности организма в движении, для оптимального физического и интеллектуального раз­вития каждый ребенок ежедневно должен выполнять определенный объем мышечной на­грузки. В 3—4 года ее величина составляет 9—12 тыс. шагов в день (что эквивалентно 5— 6- часовой двигательной произвольной активности ребенка), в 5—б лет — 11—15 тыс. ша­гов (5—5,5 ч), в 7—10 лет —• 15—20 тыс. шагов (4—5 ч), в 11—14 лет —18—25 тыс. шагов (3,5-4,5 ч), а в 15—17 лет для юношей — 25—30 тыс. шагов ( 3—4 ч), для девушек — 20— 25 тыс. шагов (3— 4,5 ч). Гипокинезия, как и гиперкинезия, нарушает темпы развития организма.