Возрастное развитие вегетативных систем

ТЕМА 7

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ

У детей и подростков двигательная активность выступает в качестве важнейшего фактора, обеспечивающего реализацию генетической программы возрастного развития. Большинство из них испытывает в современных условиях недостаток естественной двигательной активности. Восполнение этого дефицита использованием различных форм занятий физическими упражнениями должно быть правильно организовано, основываться на знании закономерностей возрастного развития ребенка. Задерживающее влияние на процессы роста и биологического созревания может оказывать не только недостаточная, но и избыточная физическая активность. Следовательно, необходимо знать ее оптимальные дозы, которые по мере роста организма не остаются постоянными.

Различные биологические свойства и физиологические функции развиваются неодинаковыми темпами (неравномерность) и имеют не совпадающие по хронологии периоды ускоренных и замедленных приростов, а затем - и спадов (гетерохронизм).Весь жизненный цикл (онтогенез) от момента зарождения до смерти подразделяется на антенатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения). Возрастные периоды после рождения обладают существенными качественными различиями (табл.1).

Первые семь периодов составляют прогрессивную стадию онтогенеза, зрелый возраст - стационарную, а последующие возрастные периоды - регрессивную стадию.

Большое практическое значение в физическом воспитании и спорте имеют критические (сенситивные, переломные, узловые) периоды, которые характеризуются ускоренным течением онтогенетических процессов. Применение в годы сенситивного периода адекватных тренировочных средств, стимулирующих развитие определенного физического качества (например, силы мышц-сгибателей в пубертатном периоде) или определенной функции (например, речевой в возрасте от 2 до 5 лет), дает наибольший эффект по сравнению с предыдущими и последующими годами.

Ввиду гетерохронности онтогенетических процессов возрастные рубежи их прохождения для различных качеств и функций часто не совпадают. Как общие критические периоды выступают первый год жизни и подростковый возраст, когда ускоренно развиваются все важнейшие физиологические системы.

Возрастное развитие вегетативных систем

Обмен веществ и энергии

Обмен веществ и энергии в начале жизни отличается высокой интенсивностью. Эта особенность объясняется прежде всего большим расходованием энергии и пластических материалов для обеспечения роста и развития организма. Кроме того, чем меньше ребенок, тем больше относительная поверхность его тела, а поэтому выше и относительная величина основного обмена. Незрелость физиологических систем организма, в частности системы терморегуляции, порождает низкую экономичность функций и является еще одной причиной повышенной интенсивности обменных процессов.

Обмен белков. Белки в организме человека расходуются на увеличение белковой массы органов (синтез «роста»), на образование ферментов, гормонов, иммунных тел («функциональный» синтез), на восполнение разрушенных белков при травмах, болезнях, неполноценном питании («возбужденный» синтез) или вследствие естественного старения (синтез «самообновления»).

Чем младше ребенок, тем выше у него интенсивность всех видов белкового синтеза, тем больше потребность в белках. Установлены следующие нормы содержания белков в суточном рационе: до 1 года - 5,0-5,5; 1-3 года - 4,0-4,5; 4-7 лет - 3,0-3,5; 8-12 лет - 3,0; 13-19 лет - 2,0-2,5; 20 лет и старше - 1,5-2,0 г на 1 кг веса тела. В связи с тем, что незаменимые (не образующиеся в организме человека) аминокислоты в растительной пище практически отсутствуют, рекомендуется 50% потребности в белках удовлетворять за счет продуктов животного происхождения.

При занятиях физическими упражнениями и спортом потребность в белках повышается на 30-50%. В тех случаях, когда целью физических тренировок является увеличение мышечной массы, содержание белков в пищевом рационе увеличивается в 2-3 раза. Для предупреждения гнилостных процессов в кишечнике, нередко возникающих при высокобелковой диете, рекомендуется дополнять пищевой рацион растительной пищей с водонерастворимыми волокнистыми структурами (капуста, тыква, листовая зелень и т.п.).

Обмен жиров. Жиры и жироподобные вещества необходимы растущему организму для образования клеточных мембран, а также для морфологического и функционального созревания нервной системы. Вследствие этого потребность в жирах у детей больше, чем у взрослых. Рекомендуются следующие нормы содержания жиров в пище: в 2-4 года - 3,5; в 10-11 лет -1,5; для взрослых — 1 г на 1 кг веса тела. Следует иметь в виду, что существуют незаменимые жирные кислоты, отсутствие которых в пище ухудшает трофические процессы в тканях, особенно в коже, снижает способность к утилизации холестерина и создает предрасположенность к атеросклерозу. Незаменимые жирные кислоты содержатся в растительных маслах и рыбьем жире. Они должны быть непременным компонентом пищевого рациона юного спортсмена. При избыточном потреблении жиров они депонируются в организме. Ожирение снижает работоспособность и устойчивость к заболеваниям.

Обмен углеводов. Потребность детей в углеводах более высокая, чем у взрослых. Это связано в первую очередь с низкой экономичностью функций незрелых физиологических систем организма, вследствие чего увеличиваются удельные энерготраты. Кроме того, углеводы используются в качестве пластического материала при образовании соединительной ткани и клеточных оболочек. Возрастные нормы суточной потребности в углеводах: в 1-3 года - 13,0; в 8-13 лет - 10,0-11,0; в юношеском возрасте - 7,7 г на 1 кг веса тела.

У детей регуляция углеводного обмена менее совершенна, чем у взрослых. У них понижена способность к мобилизации углеводных резервов и к поддержанию достаточного содержания сахара в крови при продолжительной мышечной работе. Эмоциональная насыщенность физических тренировок предотвращает нежелательное снижение уровня этого показателя.

Обмен воды и солей. В годы интенсивного роста и развития организма вода участвует в созидании массы тела. Например, из суточной прибавки веса в 25 г на долю воды приходится 18 г, жиров - 3 г, белков - 3 г и минеральных солей - 1 г. Чем младше ребенок, тем больше у него относительная потребность в воде. Его организм больше насыщен водой, чем у взрослого, он более гидролабилен, то есть способен как быстро терять, так и депонировать воду.

С возрастом меняется потребность в минеральных солях. В периоды интенсивного роста требуется большее количество кальция и фосфора, идущих на построение костной ткани.

Обмен энергии. В связи с возрастными преобразованиями обмена веществ изменяется интенсивность энергетических процессов. Важнейшим показателем уровня энергетического обмена является относительная величина основного обмена, рассчитанная на 1 м² поверхности тела или на 1 кг его Этот показатель растет в первые 1-3 года. В последующие годы он быстро снижается, в пубертатном периоде стабилизируется, а в юношеском возрасте вновь снижается, но более медленно. Более высокая интенсивность основного обмена связана с расходами энергии на процессы роста и развития, а также с меньшей эффективностью еще незрелых систем поддержания жизнедеятельности (кровообращение, внешнее дыхание и т.п.).

Растущий организм отличается более высокими удельными энерготратами на выполнение физической работы. Например, на 1 кгм работы на велоэргометре расход кислорода в 1 мин составляет в 8-9 лет - 7,6 мл, а у взрослых - 5,4 мл. При этом, чем моложе ребенок, тем больше у него степень функционального напряжения отдельных физиологических систем. Например, наращивание мощности работы на велоэргометре на 100 кгм/мин вызывает у мальчиков прирост ЧСС в 11-12 лет - на 13 уд/мин, а в 16 лет - на 8,1 уд/мин.

Система крови

Общее количество крови у детей больше (в возрасте 1 года - на 11 %), чем у взрослых. Количество эритроцитов и гемоглобина, наоборот, самое низкое в начале жизни и на протяжении всех детских лет медленно нарастает. У мальчиков нарастание продолжается и в пубертатном периоде, а у девочек - прекращается. Вследствие этого формируется преимущество мальчиков над девочками по содержанию эритроцитов и гемоглобина в крови и вместе с тем по общему количеству крови.

Небольшой лейкоцитоз, установившийся в период новорожденности, в детские годы постепенно убывает, а к 10 годам количество лейкоцитов приходит к норме для взрослых.

В пубертатном периоде возникает критическая стадия в развитии системы иммунологической защиты, проявляющаяся в угнетении клеточного звена иммунитета и уменьшении массы лимфоидных органов. Временное ослабление иммунитета могут усугублять вредные привычки и стрессы.

У юных спортсменов по сравнению со взрослыми сильнее выражены и дольше продолжаются реакции системы крови на физические нагрузки: миогенный лейкоцитоз, миогенный эритроцитоз, повышение свертываемости крови.

По мере взросления в сыворотке крови увеличивается содержание альбуминов и уменьшается - глобулинов; замедляется свертываемость крови, нарастает активность ферментов плазмы (липазы, амилазы, холинэстеразы, карбоангидразы).

Кровообращение

В начале жизни у ребенка относительная величина сердца, как и минутный объем крови, в два раза больше, чем у взрослых. С увеличением возраста размеры и производительность сердца растут, а их относительные величины уменьшаются. В пубертатном периоде интенсивность этих возрастных изменений ускоряется. Увеличивается масса сердца, в основном за счет левого желудочка. Занятия циклическими видами спорта, особенно при специализации в беге на длинные дистанции, способствуют большему увеличению размеров сердца.

ЧСС на 1-м году жизни очень высокая (120-150 уд/мин), а затем, в связи со становлением и усилением тонуса парасимпатической нервной системы, быстро снижается. Периоды более интенсивного урежения ЧСС: конец 1-го года, от 3 до 4 лет и от 6 до 8 лет. В пубертатном периоде отмечается зависимость урежения ЧСС от скорости роста массы тела (МТ). К началу юношеского возраста ЧСС устанавливается на уровне зрелого возраста - 70-80 уд/мин.

Спортивная подготовка, особенно при ее направленности на развитие общей выносливости, усиливает возрастную тенденцию к брадикардии. Реакция ЧСС на одинаковые нагрузки у детей выражена сильнее, чем у взрослых. С увеличением возраста снижается также уровень максимальной ЧСС при напряженной работе (ЧССmах). Для определения этого показателя используется формула: ЧССmах = 220 - В (В - возраст, количество лет).

В растущем организме вместе с ростом размеров сердца увеличиваются ударный объем — (УО): в 7 лет - 23 мл, в 10 - 37 мл, в 13-16 - 59 мл; в 20-25 лет - 60-80 мл и минутный объем кровообращения (МОК): в 8-9 лет -2,6 л, в 10-12 - 3,2 л, в 13-16 - 3,8 л; у взрослых - 4-5 л. Таким образом, к концу пубертатного периода показатели производительности сердца в состоянии покоя значительно приближаются к уровню зрелого возраста.

Прирост основного показателя производительности сердца МОК при мышечной деятельности происходит у детей дошкольного возраста в основном за счет ЧСС. В препубертатном периоде при работе умеренной интенсивности увеличивается не только ЧСС, но и УО. В последующие годы по мере взросления УО все больше вовлекается в реакцию на физическую нагрузку. Вследствие этого нарастает величина систолического АД при предельных физических нагрузках.

Возрастные изменения АД в состоянии покоя относительно невелики. По усредненным данным, возрастная динамика АД систолического и АД диастолического представляется в следующем виде: до 1-го года - 85-100 и 36-45 ммрт.ст.; в 2 года-85-105 и 40-50; 3-7 лет-86-110 и 55-68; 8-16 лет -93-117 и 59-75; 17-20 лет- 110-120 и 70-80 мм рт. ст. При отсутствии болезни сердечно-сосудистой системы, установившейся к началу зрелого возраста, уровень АД сохраняется до старческого возраста.

Внешнее дыхание

С ростом и развитием организма увеличивается общая емкость легких и изменяются все показатели внешнего дыхания: частота, глубина, минутный объем дыхания, жизненная емкость легких. В таблице 2 приведена динамика показателей внешнего дыхания от первого месяца жизни до 17 лет.

Таблица 2

Динамика показателей внешнего дыхания у детей от 1-го месяца жизни до 17 лет

Возраст	Показатели
Частота дыхания (цикл/мин)	Глубина дыхания (мл)	Минутный объем дыхания (мл)	Жизненная емкость легких (см³)
мальчики	девочки
1-й месяц жизни				-	-
12-й месяц				-	-
1,5 года				-	-
2 года				-	-
3 года				-	-
4 года
5 лет
6 лет
7 лет
8 лет
9 лет
10 лет
11 лет
12 лет
13 лет
14 лет
15 лет
16 лет
17 лет

Особенно интенсивный рост легких отмечается между 12 и 16 годами. Вес обоих легких у ребенка равен 395 г, а у взрослых - почти 1000 г. С ростом и развитием ребенка увеличивается ЖЕЛ, причем с 6-летнего возраста мальчики начинают опережать девочек и к 17 годам различия составляют более литра. Частота дыхания на первом месяце жизни составляет 48 циклов в минуту и постепенно уменьшается, достигая показателя взрослых в 13-14 лет. Глубина и минутный объем дыхания (МОД) увеличиваются. Абсолютные величины МОД до 8 лет у мальчиков и девочек равны, а с 8 лет и старше у мальчиков становится больше на 6-8%, преимущественно за счет глубины дыхания. Это связано в основном с наступающей препубертатиой дифференциацией типов дыхания - преимущественно брюшного типа дыхания у мальчиков и грудного типа - у девочек. Несмотря на абсолютно меньший МОД, относительная его величина у детей выше, чем у взрослых. Так, у 14-летних подростков на 1 кг массы тела МОД составляет 125 мл, а у взрослых - лишь 80. Дыхание у детей менее экономно. Так, процент использования кислорода у детей с 2 до 8 лет постепенно повышается с 3,0 до 3,6% и только к 17 годам приходит к соответствию показателя взрослых (4,3-4,5%). У ребенка 1 л кислорода извлекается из 25-30 л МОД, у подростка - из 32-34 л, у взрослого - из 24-25 л. За один дыхательный цикл подросток потребляет 14 мл кислорода, а взрослый - 21. Таким образом, дети потребляют относительно больше кислорода за счет напряженной деятельности дыхательного аппарата.

Занятия спортом способствуют увеличению ЖЕЛ. Наибольшей ЖЕЛ обладают юные пловцы, гребцы, у которых она превышает 5 и более литров. У юных спортсменов имеется лучшее соотношение легочных объемов: снижается доля остаточного объема в функциональной остаточной емкости, увеличивается запас кислорода в альвеолах легких. Дыхательную функцию характеризует также максимальная вентиляция легких (МВЛ), которая увеличивается с возрастом. При этом повышается резерв дыхания, то есть разница между МОД и МВЛ.

По мере развития организма повышается адаптация к недостатку кислорода. Дети и подростки менее, чем взрослые, способны задерживать дыхание и работать в условиях недостатка кислорода, при этом у них быстрее, чем у взрослых, снижается насыщение крови кислородом. Так, время задержки дыхания на вдохе и выдохе (проба Штанге и Генчи) у дошкольников составляет соответственно 15-20 с и 6-8 с. У младших школьников показатели гипоксической устойчивости увеличиваются до 30-40 с и 15-20 с на вдохе и выдохе, у спортсменов эти показатели быстро становятся выше.

Реакция дыхательной системы на стандартную двигательную деятельность у детей более высокая, чем у взрослых. Под влиянием спортивной тренировки наблюдается снижение легочной вентиляции и потребления кислорода на стандартную нагрузку. Дети характеризуются меньшими возможностями усиления внешнего дыхания и потребления Oz при работе. Например, у детей 8-9 лет МОД при напряженной работе может увеличиваться по сравнению с покоем в 10-12 раз (до 50-70 л/мин), а у взрослых - в 15-18 раз (до 100-120 л/мин), в то время как у спортсменов - еще больше - в 20-25 раз (до 180-220 л/мин). Легочная вентиляция у детей увеличивается преимущественно за счет учащения дыхания и в меньшей степени - увеличения его глубины.

Для детей характерна меньшая артериально-венозная разность по кислороду при мышечной работе. Так, на уровне МПК она составляет всего 8 об%, а у нетренированных взрослых - 14-15 об% (у спортсменов-до 18об%).

Таким образом, внешнее дыхание детей и подростков менее эффективно и экономно, что требует использования различных дыхательных упражнений на тренировочных занятиях.

ТЕМА 7

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЫШЕЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ

Возрастное развитие вегетативных систем