Возрастная анатомия и физиология
Возрастная анатомия и физиология
Принятые сокращения
АТФ – аденозинтрифосфат
Сокращения единиц измерения
А – ампер
В – вольт
Вт – ватт
г – грамм
га – гектар
град. – градус
Гц – герц
Д – дальтон
дБ – децибел
Дж – джоуль
дптр – диоптрия
кал – калория (внесистемная единица количества теплоты)
кв. м – квадратный метр
куб. м – кубический метр
кг – килограмм
л – литр
лк – люкс
М – масса молекулярная относительная
м – метр
мин – минута
мл – миллилитр
мм рт. ст. – миллиметр ртутного столба с – секунда
см – сантиметр
ч – час
Сокращенные обозначения приставок для образования наименований кратных и дольных величин физических измерений
д – деци... (10-1)
к – кило... (103)
м – милли... (10-3)
мк – микро... (10-6)
н – нано... (10-9)
Тема 1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ДЕТСКОГО ОРГАНИЗМА
Возрастная периодизация
Паспортный возраст, где межвозрастной интервал равен одному году, отличается от биологического (или анатомо-физиологического) возраста, охватывающего ряд лет жизни человека, в течение которых происходят определенные биологические изменения. Какие критерии необходимо положить в основу возрастной периодизации? До настоящего времени по этому вопросу нет единой точки зрения.
Некоторые исследователи в основу периодизации кладут созревание половых желез, скорость роста и дифференцировки тканей и органов. Другие считают точкой отсчета так называемую скелетную зрелость (костный возраст), когда рентгенологически в скелете определяют время появления участков окостенения и наступления неподвижного соединения костей.
В качестве критерия периодизации выдвигался и такой признак, как степень развития центральной нервной системы (в частности, коры головного мозга). Немецкий физиолог и гигиенист Макс Рубнер в теории энергетического правила поверхности как критерий предлагал использовать особенности энергетических процессов, происходящих в различные возрастные периоды.
Иногда в качестве критерия для возрастной периодизации используют способ взаимодействия организма с соответствующими условиями среды. Существует и возрастная периодизация, основанная на выделении периодов новорожденного, ясельного, дошкольного и школьного возраста у детей, которая отражает скорее существующую систему детских учреждений, чем возрастные особенности.
Широко распространена классификация, предложенная русским педиатром, создателем петербургской школы педиатров, изучавшим возрастные анатомо-физиологические особенности детей, Н.П. Гундобиным. В соответствии с ней выделяют:
период внутриутробного развития;
период новорожденного (2–3 недели);
период грудного возраста (до 1 года);
преддошкольный (с 1 года до 3 лет);
дошкольный возраст (с 3 до 7 лет, период молочных зубов);
младший школьный возраст (с 7 до 12 лет);
средний, или подростковый, возраст (с 12 до 15 лет);
старший школьный, или юношеский, возраст (с 14 до 18 лет у девочек, с 15–16 лет до 19–20 лет у мальчиков).
Возрастная и педагогическая психология чаще использует периодизацию, основанную на педагогических критериях, когда периоды дошкольного возраста подразделяются соответственно группам детского сада, а в школьном возрасте выделяют три этапа: младший (I–IV классы), средний (IV–IX классы), старший (X–XI классы).
В современной науке нет единой общепринятой классификации периодов роста и развития и их возрастных границ, но предлагается такая схема:
1) новорожденный (1-10 дней);
2) грудной возраст (10 дней – 1 год);
3) раннее детство (1–3 года);
4) первое детство (4–7 лет);
5) второе детство (8-12 лет для мальчиков, 8-11 лет для девочек);
6) подростковый возраст (13–16 лет для мальчиков, 12–15 лет для девочек);
7) юношеский возраст (17–21 год для юношей, 16–20 лет для девушек);
8) зрелый возраст:
I период (22–35 лет для мужчин, 22–35 лет для женщин);
II период (36–60 лет для мужчин, 36–55 лет для женщин);
9) пожилой возраст (61–74 года для мужчин, 56–74 года для женщин);
10) старческий возраст (75–90 лет);
11) долгожители (90 лет и выше).
Данная периодизация включает в себя комплекс признаков: размеры тела и органов, массу, окостенение скелета, прорезывание зубов, развитие желез внутренней секреции, степень полового созревания, мышечную силу. Схема учитывает особенности мальчиков и девочек. Для каждого возрастного периода характерны специфические особенности. Переход от одного возрастного периода к другому называют переломным этапом индивидуального развития, или критическим периодом. Продолжительность отдельных возрастных периодов в значительной степени изменчива. Хронологические рамки возраста и его характеристики определяются в первую очередь социальными факторами.
Человек и растения
Мир флоры – огромная кладовая, дающая человеку необходимые питательные вещества, которые синтезируются растениями. Из растительного сырья человек изготавливает лекарства, одежду, строит жилища и т. д. Благодаря специфике жизнедеятельности растения очищают воздух от углекислого газа и восполняют убыль кислорода в атмосфере.
Но растительный мир нельзя полностью оценить, не изучив таких его представителей, как бактерии, грибки, дрожжи, играющие особую роль в процессах жизнедеятельности всех организмов. В отличие от зеленых растений они лишены хлорофилла, необходимого для синтеза углеводов, но обладают способностью вызывать бродильные процессы (это связано с получением спиртов, скисанием молока и т. д.). Среди них есть как полезные и нужные человеку микроорганизмы, так и вредные, к которым относят и возбудителей болезней.
Микроскопические представители растительного мира разнообразны по форме и биологическим свойствам. Например, некоторые из них имеют шаровидную форму, поэтому их называют кокками (от греч. kokkos – зерно). Под микроскопом их можно увидеть лежащими либо группами, как гроздья винограда (стафилококки), либо цепочками, как бусы (стрептококки), либо парами (гонококки). Первые из них менее опасны, чем последние, но все они болезнетворны.
Ряд представителей микроорганизмов имеет вид палочек. Они называются бациллами, или бактериями (от греч. bakterion – палочка). Некоторые палочковидные микробы в ходе эволюции превратились в штопороподобные – спириллы, или спирохеты (например, возбудитель сифилиса). Другие палочковидные бактерии со временем под воздействием определенных факторов изогнулись в виде запятой. В живой культуре они совершают колебательные движения. Это вибрионы (например, вибрион Эль-Тор – возбудитель холеры).
Относительно человека микроорганизмы делятся на сапрофитов (это микробы, не причиняющие организму вреда, питающиеся отмершими клетками эпителия или остатками непереваренной пищи в кишечнике) и паразитов – микробов, разрушающих организм. Болезнетворные микроорганизмы могут проникать в тело человека или животного. Этот процесс называют заражением, или инфицированием. Микробы-паразиты, попадая в организм, могут поражать его медленно (как стафилококки) или резко и внезапно (остро), поэтому болезни, вызываемые ими, называют острыми (например, дифтерия, дизентерия и др.).
Человек борется с микробами, применяет дезинфекцию, уничтожая возбудителей во внешней среде физическими методами (высокой температурой, паром под давлением, ультрафиолетовыми лучами и др.), механическими, химическими (растворами кислот, солей, щелочей и др.) и биологическими средствами (антибиотиками и т. д.). Эти меры предупреждают заражение организма, повышают его устойчивость. Таким образом, во взаимодействии с микромиром человек должен соблюдать нормы и правила, разработанные гигиеной (школьной, коммунальной, гигиеной питания и т. д.).
Человек и животные
Жизнь человека невозможна без взаимоотношений с высшими и низшими животными. Большинство высших животных являются источником мяса, молока, сырья для изготовления одежды и обуви и т. д. Но они могут причинить человеку и существенный вред. Например, больное животное становится переносчиком возбудителей инфекции.
Болезни, которыми человек заражается от животных, называются зоонозными. Чтобы уничтожить их возбудителей, проводят дезинфекцию и дезинсекцию (уничтожение насекомых, грызунов и др.). Домашние животные, зараженные такими опасными болезнями, как сап, чума, бешенство, подлежат уничтожению.
Микроскопическими животными являются риккетсии, которые видны только в электронный микроскоп. Риккетсии – возбудители ряда заболеваний, которые называются риккетсиозами. Из них для человека наиболее опасен сыпной тиф.
Из простейших одноклеточных животных, паразитирующих у человека, можно назвать дизентерийную амебу и плазмодия – возбудителя малярии. Переносчиками первой являются мухи и больной человек, плазмодиев распространяют малярийные комары.
Некоторые болезни вызываются различными видами глистов. Их называют гельминтами, а болезни – гельминтозами.
Для борьбы с антропонозными (поражающими только людей) болезнями, возбудители которых относятся к миру животных и растений, используются сыворотки и вакцины.
Сыворотка – это продукт крови человека или животного, который лишен форменных элементов и некоторых белков, но содержит специфические вещества против той или иной болезни.
Специально приготовленная культура из убитых или ослабленных возбудителей болезни (например, против полиомиелита, туберкулеза и др.) называется вакциной.
Гигиена одежды и обуви
Гигиенические требования, предъявляемые к одежде, зависят от условий ее эксплуатации и особенностей деятельности человека. Для изготовления одежды запрещено использование материалов, которые выделяют химические вещества в количествах, превышающих предельно допустимые нормы. Полимерные материалы для одежды должны иметь химическую стабильность, т. е. не выделять в окружающую среду различные токсичные для организма ингредиенты. Материалы для одежды могут содержать незаполимеризованные мономеры, а также компоненты различных вспомогательных веществ, используемых для обработки натуральных и синтетических тканей (пропитки, аппреты и др.).
Методы исследования.При гигиенической оценке одежды исследуют материалы, из которых она изготовлена, и проводят физиолого-гигиеническое исследование экспериментальных и опытных образцов.
Чтобы определить содержание токсических веществ, используют новейшие методы количественного анализа, в том числе хроматографические, спектрофотометрические и др. Если отсутствуют сведения о токсических свойствах и характере их воздействия на организм, проводят токсикологическое исследование на экспериментальных животных (мышах, крысах, морских свинках). Используя современные биохимические, физиологические, иммунологические, патоморфологические и другие методы исследования, изучают местно-раздражающее, аллергенное, резорбтивное действие. Оценивая материалы, предназначенные для детской одежды, проводят токсикологические эксперименты на растущих животных, учитывая их возрастную реактивность.
Давая оценку материалу для изготовления одежды с гигиенической точки зрения, анализируют тепло– и влагопроводимость, гигроскопичность, воздухопроницаемость. Кроме того, определяют механические свойства материалов, т. е. толщину под нагрузкой, эластичность, растяжимость. В связи с широким применением полимеров возникла необходимость гигиенической оценки текстильных материалов на уровень напряженности электростатического поля и срок стекания заряда с него.
Гигиенические требования к отдельным видам одежды.Для каждого слоя одежды разрабатываются отдельные гигиенические требования. Так, летняя одежда не должна затруднять теплоотдачу и испарение пота. Поэтому для ее изготовления рекомендуются материалы с хорошей гигроскопичностью (не менее 7 %), воздухопроницаемостью (не менее 330–370 град. на 1 куб. дм), невысокими термическим сопротивлением (0,09-0,11 град. на 1 ккал) и напряженностью электростатического поля.
Установлено, что чем светлее одежда, тем больше лучей она отражает, тем меньше она поглощает их и меньше нагревается. Поэтому для лета хороша светлая одежда, а для зимы – темная, поглощающая больше тепла. Самыми лучшими материалами для летней одежды являются хлопчатобумажные, натуральные льняные и искусственные (вискозные, шелковые) ткани, обладающие хорошей воздухопроницаемостью и влагопроводностью и имеющие небольшое термическое сопротивление.
Еще одним важным показателем свойств одежды является ее водоемкость, т. е. способность ткани пропитываться водой: чем больше воздух, имеющийся в порах ткани одежды, заменяется водой, тем меньше ее воздухопроницаемость и тем больше ее теплопроводность. В итоге под одеждой накапливается пот и выделяемые кожей газы (углекислый газ, окись углерода и др.), значительно увеличиваются потери тепла, что ухудшает самочувствие и снижает работоспособность. Помимо этого, пропитывание одежды водой увеличивает ее вес.
Наименьшей водоемкостью и наибольшей воздухопроницаемостью при намокании обладает шерстяная ткань. Например, водоемкость шерстяной фланели составляет 13 %, хлопчатобумажной фланели – 18,6 %, трико хлопчатобумажного – 27,2 %, трико шелкового – 39,8 %, трико льняного – 51,7 %. Исходя из этого при низкой температуре воздуха и во время выпадения дождя или снега физическую работу лучше всего выполнять в одежде из шерстяной ткани, а летом – в одежде из льна. Допустимо использование материалов из смеси натуральных, вискозных искусственных волокон с синтетическими полиэфирными, при этом доля последних должна составлять не более 30–40 %.
Материалы для зимней одежды должны обладать высокими теплоизоляционными свойствами, а ее верхний слой должен иметь небольшую воздухопроницаемость, чтобы обеспечить защиту от ветра. В холодное время года рациональной является одежда из плотных, пористых тканей с хорошими теплозащитными свойствами (шерстяных, полушерстяных и др.). Целесообразно носить одежду из смеси вискозы с натуральными (шерстью) и синтетическими волокнами, содержание которых должно составлять примерно 40–45 %.
Верхнюю одежду (костюмы, пальто) шьют из материалов значительной толщины и пористости (драпа, сукна). Необходимую защиту от ветра обеспечивают прокладки из материалов с низкой воздухопроницаемостью. Кроме того, для верхнего слоя применяются синтетические материалы, что уменьшает массу одежды на 30–40 %. Одежда тем гигиеничнее, чем меньше ее вес.
Для верхнего слоя лучшими тканями считаются те, которые плохо впитывают влагу и быстро ее отдают, т. е. ткани, у которых скорость испарения влаги больше, а время высыхания меньше. Из синтетических материалов наибольшей скоростью испарения с поверхности обладают лавсан, нитрон и капрон. Для того чтобы придать водоотталкивающие свойства, многие из этих тканей обрабатываются специальными пропитками и латексами.
Главная роль в теплоотдаче принадлежит теплопроводности одежды, которая зависит от пористости, т. е. от содержания воздуха в ткани. Так как воздух является плохим проводником тепла, то чем больше пористость ткани, тем меньше она проводит тепло, следовательно, тем меньше теплоотдача. Пористость меха в среднем составляет 95–97 %, шерсти – до 92 %, фланели – 89–92 %, трико – 73–86 %, льняных тканей – 37 %. Понятно, что меховая и шерстяная одежда лучше сохраняет тепло, чем льняная, поэтому она более пригодна для зимы, а льняная – для лета.
Нижнее белье должно быть светлым, мягким, легким и обладать большой воздухопроницаемостью и гигроскопичностью. Наиболее практично и целесообразно вязаное белье из трикотажа или из тонкого хлопчатобумажного (или льняного) полотна. Такое белье хорошо стирается. Шерстяное белье раздражает кожу и стирается хуже. Нижнее белье как минимум один раз в неделю нужно менять, так как на нем скапливаются грязь, продукты выделения и микробы. Летом, а также при интенсивной мышечной работе нижнее белье меняется чаще. Для постельного белья подходит хлопчатобумажная или льняная ткань. Постельное белье также необходимо менять и стирать один раз в неделю.
Головной убор для лета должен быть светлым, удобным, легким, хорошо пропускать воздух, не давить на голову и защищать ее от действия прямых солнечных лучей. Зимний головной убор должен быть, наоборот, темным, легким и содержать в порах много воздуха.
Гигиенические требования к детской одежде.Поскольку кожа детей имеет относительно большую поверхность, она тоньше и нежнее и, кроме того, содержит до одной трети всей крови организма, то теплоотдача через кожу у детей больше, чем у взрослых. В связи с этим гигиенические требования к одежде ребенка гораздо строже, чем для одежды взрослых.
Верхняя одежда детей и подростков должна быть летом светлой, зимой – темной, свободно облегать тело, не препятствовать дыханию, кровообращению, не стеснять движений, т. е. соответствовать размерам тела. Размеры одежды ребенка по мере роста увеличиваются. Одежда, сшитая не по размеру, может вызвать травмы у детей, потому что она имеет свойство задевать окружающие предметы. Необходимо избегать стягивания тела поясами, резинками. Зимой нельзя укутывать детей, надевать одежду, не соответствующую температуре воздуха. Наоборот, учитывая большую подвижность детей, их зимняя одежда должна быть слегка менее теплой, чем это нужно для поддержания температуры тела в покое. На детей не следует надевать тяжелые шубы, стесняющие движения. Детская одежда должна быть удобной и легкой, потому что тяжелая одежда способствует появлению у ребенка сколиоза и формированию неправильной осанки, в такой одежде дети быстро утомляются. Кроме того, тесная одежда может нарушать кровообращение, дыхание.
Для одежды детей раннего возраста лучше всего использовать материалы из натуральных волокон (хлопка, шерсти). Следует избегать применения синтетических волокон, а также материалов, обработанных различными пропитками.
Гигиенические требования, предъявляемые к обуви.Конструкция обуви и материал, из которого она изготовлена, должны отвечать гигиеническим требованиям. В первую очередь обувь должна обеспечивать физиологические функции стопы, соответствовать ее анатомо-физиологическим особенностям, не сдавливать ее, не нарушать крово– и лимфообращение, иннервацию, не вызывать потертостей. Обувь должна быть длиннее стопы на 10–15 мм. Не рекомендуется носить тесную и узкую обувь, так как это может привести к деформации стопы, ограничению подвижности суставов, нарушению кровообращения и иннервации.
Высота каблука является одной из конструкционных особенностей обуви, оказывающих влияние на опорно-двигательный аппарат стопы. Ношение обуви на высоких каблуках (7 см и более) приводит к укорочению икроножных мышц, расслаблению передних мышц голени и связок стопы. В результате этого нога становится крайне неустойчивой в связи с перемещением центра тяжести вперед, а центра опоры – на согнутые пальцы и каблук. Это объясняется тем, что площадь опоры обуви на высоких каблуках на 30–40 % меньше, чем у обуви на низких каблуках. Часто это приводит к подвертыванию стопы, растяжению связок, а также вывихам голеностопного сустава. Особенно опасна такая обувь зимой. Обувь на высоком каблуке способствует возникновению сколиоза, изменяет нормальную форму таза, приводит к смещению внутренних органов и появлению болевых ощущений. Рациональной высотой каблука, которая обеспечивает оптимальное мышечное равновесие между сгибателями и разгибателями стопы, амортизацию при ходьбе и сохранение свода стопы, является для мужчин 20–30 мм, для женщин – 20–40 мм, для детей (в зависимости от возраста) – 10–30 мм. При этом носок обуви должен соответствовать ширине и очертаниям переднего края стопы.
Обувь должна быть мягкой, легкой, водоотталкивающей, не изменять форму и размер после увлажнения и высушивания. В условиях холодной и средней климатической зоны нужно носить обувь из малотеплопроводных материалов.
Стопа взрослого человека в течение 1 ч в состоянии покоя выделяет до 3 мл пота, а при физической работе – около 8-12 мл. Влага, скапливаясь в обуви, раздражает кожу, способствует появлению потертостей, мацерации эпидермиса, возникновению различных кожных заболеваний. Поэтому обувь, предназначенная для летнего периода, должна обеспечивать вентиляцию внутриобувного пространства за счет физических свойств материалов (воздухопроницаемости, гигроскопичности и др.), а также благодаря конструкционным особенностям (перфорации верха, наличию открытых участков и т. п.), что позволяет избегать перегрева стопы и скопления пота. Наилучшим материалом для летней обуви является натуральная кожа. Обувь также изготавливают из искусственных и синтетических материалов.
Обувь ребенка не должна стеснять движений стопы, особенно пальцев. Тесная обувь задерживает рост стопы, деформирует ее, вызывает потертости, затрудняет нормальное кровообращение. Слишком свободная обувь также может вызывать потертости. Поэтому при конструировании обуви для детей необходимо учитывать особенности детской стопы: след должен быть лучеобразной формы с широким носком, приподнятым верхом, прямым внутренним краем и углублением для пятки и плюсне-фаланговой части. Обувь для детей младшего возраста должна хорошо фиксироваться на ноге.
Правильное формирование стопы зависит от пяточной части обуви (задника и каблука), поэтому задник детской обуви делают особо прочным, твердым и устойчивым.
Рост и работа мышц
В период внутриутробного развития мышечные волокна формируются гетерохронно. Первоначально дифференцируются мышцы языка, губ, диафрагмы, межреберные и спинные, в конечностях – сначала мышцы рук, потом ног, в каждой конечности сначала – проксимальные отделы, а затем дистальные. Мышцы эмбрионов содержат меньше белков и больше (до 80 %) воды. Развитие и рост разных мышц после рождения также происходят неравномерно. Раньше и больше начинают развиваться мышцы, обеспечивающие двигательные функции, которые чрезвычайно важны для жизни. Это мышцы, которые участвуют в дыхании, сосании, схватывании предметов, т. е. диафрагма, мышцы языка, губ, кисти, межреберные мышцы. Помимо этого, больше тренируются и развиваются мышцы, участвующие в процессе обучения и воспитания у детей определенных навыков.
У новорожденного есть все скелетные мышцы, но весят они в 37 раз меньше, чем у взрослого. Скелетные мышцы растут и формируются примерно до 20–25 лет, оказывая влияние на рост и формирование скелета. Увеличение веса мышц с возрастом происходит неравномерно, особенно быстро этот процесс идет в период полового созревания.
Вес тела растет с возрастом в основном за счет увеличения веса скелетной мускулатуры. Средний вес скелетных мышц в процентах к весу тела распределяется следующим образом: у новорожденных – 23,3; в 8 лет – 27,2; в 12 лет – 29,4; в 15 лет – 32,6; в 18 лет – 44,2.
Возрастные особенности роста и развития скелетной мускулатуры.Наблюдается следующая закономерность роста и развития скелетных мышц в различные возрастные периоды.
Период до 1 года: больше, чем мышцы таза, бедра и ног, развиты мышцы плечевого пояса и рук.
Период с 2 до 4 лет: в руке и плечевом поясе проксимальные мышцы значительно толще дистальных, поверхностные мышцы толще глубоких, функционально активные толще менее активных. Особенно быстро растут волокна в длиннейшей мышце спины и в большой ягодичной мышце.
Период с 4 до 5 лет: развиты мышцы плеча и предплечья, недостаточно развиты мышцы кистей рук. В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее, чем мышцы рук и ног.
Период с 6 до 7 лет: происходит ускорение развития мышц кисти, когда ребенок начинает производить легкую работу и приучаться к письму. Развитие сгибателей опережает развитие разгибателей.
Кроме того, у сгибателей вес и физиологический поперечник больше, чем у разгибателей. Мышцы пальцев, особенно сгибатели, которые участвуют в захвате предметов, имеют наибольший вес и физиологический поперечник. По сравнению с ними сгибатели кисти имеют относительно меньший вес и физиологический поперечник.
Период до 9 лет: увеличивается физиологический поперечник мышц, вызывающих движения пальцев, в то же время мышцы лучезапястного и локтевого суставов растут менее интенсивно.
Период до 10 лет: поперечник длинного сгибателя большого пальца к 10 годам достигает почти 65 % длины поперечника взрослого человека.
Период с 12 до 16 лет: растут мышцы, которые обеспечивают вертикальное положение тела, особенно подвздошно-поясничная, играющая важную роль в ходьбе. К 15–16 годам толщина волокон подвздошно-поясничной мышцы становится наибольшей.
Анатомический поперечник плеча в период с 3 до 16 лет увеличивается у юношей в 2,5–3 раза, у девушек – меньше.
Глубокие мышцы спины в первые годы жизни у детей еще слабы, недостаточно развит и их сухожильно-связочный аппарат, однако к 12–14 годам эти мышцы укреплены сухожильно-связочным аппаратом, но меньше, чем у взрослых.
Мышцы брюшного пресса у новорожденных не развиты. С 1 года до 3 лет эти мышцы и их апоневрозы различаются, и только к 14–16 годам передняя стенка живота укреплена почти так же, как у взрослого. До 9 лет прямая мышца живота очень интенсивно растет, ее вес по сравнению с весом у новорожденного увеличивается почти в 90 раз, внутренней косой мышцы – более чем в 70 раз, наружной косой – в 67 раз, поперечной – в 60 раз. Эти мышцы противостоят постепенно увеличивающемуся давлению внутренних органов.
В двуглавой мышце плеча и четырехглавой мышце бедра мышечные волокна утолщаются: к 1 году – в два раза; к 6 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.
Рост мышц в длину происходит в месте перехода мышечных волокон в сухожилие. Этот процесс продолжается до 23–25 лет. С 13 до 15 лет сократимый отдел мышцы растет особенно быстро. К 14–15 годам дифференцировка мышц достигает высокого уровня. Рост волокон в толщину продолжается до 30–35 лет. Поперечник мышечных волокон утолщается: к 1 году-в два раза; к 5 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.
Масса мышц особенно интенсивно увеличивается у девочек в 11–12 лет, у мальчиков – в 13–14 лет. У подростков за два-три года масса скелетных мышц увеличивается на 12 %, в то время как в предыдущие 7 лет – всего на 5 %. Вес скелетных мышц у подростков составляет примерно 35 % по отношению к весу тела, при этом значительно возрастает сила мышц. Значительно развивается мускулатура спины, плечевого пояса, рук и ног, что вызывает усиленный рост трубчатых костей. Гармоническому развитию скелетных мышц способствует правильный подбор физических упражнений.
Возрастные особенности строения скелетной мускулатуры. Химический состав и строение скелетных мышц с возрастом также изменяются. В мышцах детей содержится больше воды и меньше плотных веществ, чем у взрослых. Биохимическая активность красных мышечных волокон больше, чем белых. Это объясняется различиями в количестве митохондрий или в активности их ферментов. Количество миоглобина (показателя интенсивности окислительных процессов) с возрастом увеличивается. У новорожденного в скелетных мышцах 0,6 % миоглобина, у взрослых – 2,7 %. Кроме того, у детей содержится относительно меньше сократительных белков – миозина и актина. С возрастом это различие уменьшается.
В мышечных волокнах у детей содержится сравнительно больше ядер, они короче и тоньше, однако с возрастом и их длина, и толщина увеличиваются. Мышечные волокна у новорожденных тонки, нежны, поперечная исчерченность их сравнительно слабая и окружена большими прослойками рыхлой соединительной ткани. Относительно больше места занимают сухожилия. Многие ядра внутри мышечных волокон лежат не у мембраны клетки. Четкими прослойками саркоплазмы окружены миофибриллы.
Наблюдается следующая динамика изменения структуры скелетных мышц в зависимости от возраста.
1. В 2–3 года мышечные волокна в два раза толще, чем у новорожденных, они располагаются плотнее, количество миофибрилл увеличивается, а саркоплазмы – уменьшается, ядра прилегают к мембране.
2. В 7 лет толщина мышечных волокон в три раза толще, чем у новорожденных, и их поперечная исчерченность отчетливо выражена.
3. К 15–16 годам строение мышечной ткани становится таким же, как у взрослых. К этому времени формирование сарколеммы завершается.
Созревание мышечных волокон прослеживается по изменению частоты и амплитуды биотоков, регистрируемых с двуглавой мышцы плеча при удержании груза:
у детей 7–8 лет по мере увеличения времени удержания груза все больше уменьшаются частота и амплитуда биотоков. Это доказывает незрелость части их мышечных волокон;
у детей 12–14 лет частота и амплитуда биотоков не изменяются в течение 6–9 с удержания груза на максимальной высоте либо уменьшаются в более поздние сроки. Это указывает на зрелость мышечных волокон.
У детей в отличие от взрослых мышцы прикрепляются к костям дальше от осей вращения суставов, следовательно, их сокращение сопровождается меньшей потерей силы, чем у взрослых. С возрастом значительно изменяется соотношение между мышцей и ее сухожилием, растущим более интенсивно. В результате изменяется характер прикрепления мышцы к кости, поэтому увеличивается коэффициент полезного действия. Приблизительно к 12–14 годам происходит стабилизация отношения «мышца – сухожилие», которое характерно для взрослого. В поясе верхних конечностей до 15 лет развитие мышечного брюшка и сухожилий происходит одинаково интенсивно, после 15 и до 23–25 лет сухожилие растет более интенсивно.
Эластичность детских мышц больше примерно в два раза по сравнению с мышцами взрослых. При сокращении они больше укорачиваются, а при растяжении больше удлиняются.
Мышечные веретена появляются на 10-14-й неделе утробной жизни. Увеличение их длины и поперечника происходит в первые годы жизни ребенка. В период с 6 до 10 лет поперечный размер веретен изменяется незначительно. В период 12–15 лет мышечные веретена заканчивают свое развитие и имеют такое же строение, как и у взрослых в 20–30 лет.
Начало формирования чувствительной иннервации происходит в 3,5–4 месяца утробной жизни, и к 7–8 месяцам нервные волокна достигают значительного развития. К моменту рождения центростремительные нервные волокна активно миелинизируются.
Мышечные веретена единичной мышцы имеют одинаковое строение, но их число и уровень развития отдельных структур в разных мышцах неодинаковы. Сложность их строения зависит от амплитуды движения и силы сокращения мышцы. Это связано с координационной работой мышцы: чем она выше, тем больше в ней мышечных веретен и тем они сложнее. В некоторых мышцах нет не подвергающихся растягиванию мышечных веретен. Такими мышцами, например, являются короткие мышцы ладони и стопы.
Двигательные нервные окончания (мионевральные аппараты) появляются у ребенка еще в утробный период жизни (в возрасте от 3,5–5 месяцев). В разных мышцах они развиваются одинаково. К моменту рождения количество нервных окончаний в мышцах руки больше, чем в межреберных мышцах и мышцах голени. У новорожденного двигательные нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой, которая к 7 годам сильно утолщается. К 3–5 годам нервные окончания значительно усложняются, к 7-14 годам еще более дифференцируются, а к 19–20 годам достигают полной зрелости.
Возрастные изменения возбудимости и лабильности мышц.Для работы мышечного аппарата имеют значение не только свойства самих мышц, но и возрастные изменения физиологических свойств двигательных нервов, их иннервирующих. Для оценки возбудимости нервных волокон используется относительный показатель, выражающийся в единицах времени, – хронаксия.У новорожденных отмечается более удлиненная хронаксия. В течение первого года жизни происходит снижение уровня хронаксии примерно в 3–4 раза. В последующие годы значение хронаксии постепенно укорачивается, но у детей школьного возраста она все еще превышает показатели хронаксии взрослого человека. Таким образом, уменьшение хронаксии с рождения и до школьного периода свидетельствует о том, что возбудимость нервов и мышц с возрастом увеличивается.
Для детей 8-11 лет, как и для взрослых, характерно превышение хронаксии сгибателей над хронаксией разгибателей. Наиболее сильно различие в хронаксии мышц-антагонистов выражено на руках, чем на ногах. Хронаксия дистальных мышц превышает таковую у проксимальных мышц. Например, хронаксия мышц плеча приблизительно в два раза короче, чем хронаксия мышц предплечья. У менее тонизированных мышц хронаксия длиннее, чем у более тонизированных. Например, у двуглавой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы хронаксия длиннее, чем у их антагонистов – четырехглавой мышцы бедра и икроножной мышцы. Переход из света в темноту удлиняет хронаксию, и наоборот.
В течение дня у детей младших школьных возрастов хронаксия изменяется. После 1–2 общеобразовательных уроков наблюдается уменьшение двигательной хронаксии, а к концу учебного дня она часто восстанавливается до прежнего уровня или даже увеличивается. После легких общеобразовательных уроков двигательная хронаксия чаще всего уменьшается, а после трудных уроков – увеличивается.
По мере взросления колебания двигательной хронаксии постепенно уменьшаются, в то время как хронаксия вестибулярного аппарата увеличивается.
Функциональная подвижность, или лабильность, в отличие от хронаксии определяет не только наименьшее время, необходимое для возникновения возбуждения, но также время, необходимое для завершения возбуждения и восстановления способности ткани давать новые последующие импульсы возбуждения. Чем быстрее реагирует скелетная мышца, чем больше импульсов возбуждения проходит через нее в единицу времени, тем больше ее лабильность. Следовательно, лабильность мышц возрастает при увеличении подвижности нервного процесса в двигательных нейронах (ускорении перехода возбуждения в торможение), и наоборот – при увеличении скорости сокращения мышцы. Чем медленнее реагируют мышцы, тем меньше их лабильность. У детей лабильность с возрастом повышается, к 14–15 годам она достигает уровня лабильности взрослых.
Изменение тонуса мышц.В раннем детстве наблюдается сильное напряжение некоторых мышц, например мышц кистей рук и сгибателей бедра, что связано с участием скелетной мускулатуры в генерации тепла в покое. Этот тонус мышц имеет рефлекторное происхождение и с возрастом уменьшается.
Тонус скелетных мышц проявляется в их сопротивлении активной деформации при сдавливании и растяжении. В возрасте 8–9 лет у мальчиков тонус мышц, например мышцы задней поверхности бедра, выше, чем у девочек. К 10–11 годам мышечный тонус уменьшается, а затем снова значительно возрастает. Наибольшее увеличение тонуса скелетных мышц отмечается у подростков 12–15 лет, особенно мальчиков, у которых он достигает юношеских значений. При переходе от преддошкольного к дошкольному возрасту происходит постепенное прекращение участия скелетных мышц в теплопроизводстве в покое. В состоянии покоя мышцы все более расслабляются.
В отличие от произвольного напряжения скелетных мышц процесс их произвольного расслабления достигается труднее. Данная способность с возрастом увеличивается, поэтому скованность движений