Возрастное развитие структуры и функций нервно-мышечного аппарата и двигательных навыков
Мышечная ткань к моменту рождения достигает меньшей степени зрелости, чем многие другие ткани, поэтому у детей она растет опережающими темпами. От момента рождения до начала зрелости ее масса увеличивается в 37 раз, тогда как общая масса тела - только в 21 раз. Доля мышечного компонента в процентах к общей массе тела (МК%) в детские годы растет медленно, а в пубертатном периоде - быстрее. В связи с акселерацией развития в настоящее время пубертатный период у мальчиков сместился на более ранние годы - от 12 до 15 лет и МК% стал нарастать более равномерно (рис. 1). Уже к началу пубертатного периода (до 12-13 лет) он достигает уровня, близкого к уровню взрослых. Мышечный компонент (МКкг) скачкообразно увеличивается в пубертатном периоде.
Рис. 1. Возрастная динамика абсолютных (кг) и относительных (%) величин мышечного компонента тела у мальчиков
В зрелом возрасте МК% стабилизируется на уровне 40-45% у мужчин, и 30-35% - у женщин.
Имеются различия в скорости прироста массы различных мышечных групп. Связаны они главным образом с неодинаковой степенью участия мышц в удержании вертикальной позы тела и в осуществлении движений. В младенческом и раннем детстве мышцы конечностей развиты слабее мышц туловища. Затем их прирост происходит быстрее (мышцы туловища составляют у новорожденных 40% от массы всей мускулатуры, а у взрослых - 25-30%). У младенцев, как и у плода, преобладают тонус и масса мышц-сгибателей. В последующие годы более интенсивно развиваются мышцы-разгибатели нижних конечностей.
Все мышцы увеличиваются за счет роста как длины, так и диаметра. Длина мышц растет в соответствии с ростом звеньев тела. Поперечное сечение мышц увеличивается опережающими темпами за счет утолщения мышечных волокон. Их диаметр, составляющий у новорожденных 6,5-7,8 мкм, к 3 годам доходит до 12-16, в 7 лет — до 21-22, в 12 лет - до 26-28 мкм, а затем, незначительно повышаясь, стабилизируется в зрелом возрасте.
Растущие мышечные волокна обогащаются соединительнотканными нитями. Наиболее интенсивно этот процесс протекает до 7 лет. До наступления зрелости из соединительнотканных нитей образуется каркас как для отдельных мышечных волокон, так и для мышц в целом.
В первые годы жизни интенсивно совершенствуется структура проприорецепторов и изменяется их распределение в мышце. В начале жизни они распределяются равномерно, а к началу зрелого возраста мышечные веретена концентрируются в проксимальной трети мышцы, где больше степень ее растяжения.
Функции нервно-мышечного аппарата. Гетерохронизм онтогенетических процессов проявляется и в развитии отдельных функций. Так, возбудимость мышц у новорожденных очень низка, но до 6-7 лет она быстро нарастает, после чего наступает относительная стабилизация. По мере старения порог возбудимости к электрическому току нарастает, а к гуморальным факторам, наоборот, снижается.
Лабильность нервно-мышечного аппарата во многом определяется состоянием нервно-мышечного синапса. Созревание этой структуры происходит постепенно и приводит к сокращению времени передачи возбуждения с нерва на мышцу в четыре раза. Увеличение лабильности продолжается до 14-16 лет.
Функционирование мышц новорожденных имеет ту особенность, что они находятся в состоянии постоянной активности и выполняют терморегуляторную функцию, не расслабляясь и во время сна. Переход к преобладанию двигательной функции над терморегуляторной происходит в основном на протяжении младенческого периода. Постоянная активность скелетных мышц является фактором, стимулирующим рост их массы.
Активность мышц у ребенка на 1-м месяце жизни характеризуется состоянием «сгибательной гипердинамии новорожденных» (согнутое положение туловища, конечностей и головы). В возрасте 1-1,5 месяца у него реализуется 1-я антигравитационная реакция, состоящая в удержании головы в вертикальном положении за счет созревания позно-тонических рефлекторных сокращений шейной мускулатуры. В 2,5-3 месяца угасает хватательный рефлекс как компонент позы, а в 4 месяца он преобразуется в активное хватание как компонент ориентировочного рефлекса. К 5-6 месяцам осваивается 2-я антигравитационная реакция - поза сидения, а в 11-12 месяцев - 3-я антигравитационная реакция - поза стояния.
Освоение вертикальной позы тела является важнейшим этапом онтогенеза. При этом создаются широкие возможности для локомоторных актов. Скачкообразно повышается объем двигательной активности. Благодаря освоению вертикальной позы мышечная деятельность становится главнейшим из средовых факторов, влияющих на ход онтогенетических процессов.
Все основные двигательные навыки (ходьба, бег, прыжки и т.д.), свойственные человеку, формируются у ребенка постепенно. До 4 лет осваиваются отдельные элементы ходьбы и устанавливаются временные соотношения между ее элементами. Сопряженная координация ног и рук у детей до 3 лет наблюдается в 10% случаев, в 4 года - в 50%, в 5 лет - в 65%, в 6-7 лет - в 80%.
От 7 до 10 лет при спокойной ходьбе за счет снижения темпа существенно возрастает амплитуда движений, устанавливаются реципрокные отношения в движениях ног и рук. С увеличением возраста ребенка увеличивается угол разворота стопы при ходьбе, что способствует повышению устойчивости и снижению асимметрии разворота стоп. К 11-12 годам характер отклонений при ходьбе мало отличается от пространственной точности движений взрослых людей. У мальчиков и девочек дошкольного возраста различия в кинематике ходьбы не обнаруживаются. Постепенно стабилизируются временные показатели ходьбы и длительности шага. После 7-8 лет у детей уменьшается число дополнительных колебаний центра массы тела, снижается вариативность параметров работы мышц, участвующих в ходьбе.
Бег, который отличается от ходьбы наличием фазы полета, осваивается детьми примерно на третьем году жизни. К 10-11 годам первоначальная фаза полета возрастает в 2 раза и более. Длина шага в беге к 7-8 годам увеличивается в три раза, к 10-11 годам - в 4-5 раз. Это происходит как за счет роста нижних конечностей, так и за счет увеличения подвижности в суставах. К 10-11 годам скорость бега превышает скорость ходьбы в 4 раза. Максимальная скорость бега достигается на 5-6-й с после старта и составляет у детей 7-8 лет около 4,5 м/с, 10-11 лет-5,4 м/с.
Более 59% детей в возрасте 3 лет не способны выполнить симметричный прыжок толчком двумя ногами. Это свидетельствует о недостаточном созревании структур спинного мозга, обеспечивающих координацию движений ног и рук. Устойчивое умение выполнять прыжки толчком двумя ногами появляется к 6 годам. Формирование основных двигательных навыков, необходимых человеку в повседневной жизни, происходит главным образом в дошкольном возрасте.
Активный период становления произвольных двигательных функций ребенка начинается с 3-летнего возраста, что тесно связано с формированием второй сигнальной системы. При этом слово постепенно приобретает характер самостоятельного раздражителя, замещающего непосредственные условные сигналы, которые оно характеризует. У детей 3 лет регуляция произвольных движений осуществляется на основе обратной зрительной афферентации.
К 4-5 годам развивается способность осуществлять направленные усилия (период первичного становления двигательной функции). Наиболее важным в развитии двигательного анализатора считают 6-летний возраст. В этот период значительно улучшается анализ тактильно-кинестетических сигналов и усиливается концентрация возбудительного и тормозного процессов. У детей формируются сложные двигательные произвольные реакции.
Важной особенностью высшей нервной деятельности старших дошкольников является то, что условные связи, сформированные в этот возрастной период, отличаются значительной прочностью и сохраняются в течение всей последующей жизни человека.
Высокие возбудимость, реактивность и пластичность нервной системы в дошкольном возрасте способствуют лучшему и более быстрому, чем у взрослых, освоению довольно сложных двигательных навыков. В этом возрасте важно сразу правильно формировать двигательные навыки, поскольку переучивать их трудно. В это время необходимо обучать детей рациональной технике выполнения физических упражнений, расширять у них объем разнообразных умений и навыков, совершенствование которых будет происходить на последующих возрастных этапах жизни.
Большую роль в ускорении освоения и закрепления двигательных навыков играет использование разнообразных каналов обратных связей, с помощью которых ребенку подается зрительная, слуховая, тактильная, вербальная и другие виды информации о результатах выполнения движения или его отдельных элементов.
С точки зрения теории функциональных систем обучение новому двигательному навыку, направленному на получение полезного приспособительного результата, должно пройти все этапы формирования новой функциональной системы (афферентный синтез, принятие решения, программа и акцептор результата действия, результат и параметры о результате действия, обратная афферентация).
Начальная фаза формирования навыка - фаза иррадиации - начинается с первого ознакомления с изучаемым движением, когда у детей создается представление о способе его выполнения (афферентный синтез), и заканчивается умением выполнять упражнение в общих чертах (начало формирования программы и акцептора результата действия). Учитывая данное положение, при первых попытках выполнения движения к ребенку предъявляются минимальные требования, ограниченные рамками действия, которые должны помочь ему овладеть основой структуры движения. После того как дети овладевают основами движения, на что обычно требуется несколько повторений, возникает необходимость в правильном овладении всеми компонентами движения в процессе дальнейшего совершенствования.
На втором этапе - фаза концентрации - физиологический механизм формирования двигательных навыков характеризуется уточнением имеющихся центральных программ двигательных действий, что сопровождается устранением степеней свободы, излишнего напряжения «посторонних» мышц, вовлеченных в движение в первой фазе. Это уточнение происходит по мере того, как достигается необходимая концентрация нервных процессов в определенных участках коры больших полушарий. Особенностью данного этапа является то, что в большинстве случаев процесс уточнения происходит волнообразно.
Третья фаза формирования двигательного навыка - фаза стабилизации - характеризуется таким совершенствованием выполнения движений, при котором контроль осуществляется только за его узловыми моментами, сопровождается визуально максимальной координацией движений, их четкостью и легкостью выполнения. Основная задача этой фазы - формирование прочного и пластичного навыка, что достигается большим числом повторений в разнообразных, в том числе усложненных условиях. Роль обратных связей в виде информации о результатах движений меняется в сторону выявления наиболее слабых мест и их коррекции. Для этого следует использовать разнообразные технические средства обучения.
Завершение формирования полноценной двигательной деятельности осуществляется позднее. В последующие годы (до 13-14 лет) наступает период активного совершенствования двигательной функции, закрепления координационных механизмов, обеспечивающих высокий уровень проявления двигательных качеств. Вместе с тем только к 18-20 годам происходит окончательное завершение развития двигательной функции. При целенаправленной спортивной тренировке все эти процессы протекают быстрее.
Возрастная динамика объема двигательной активности (ДА). ДА в значительной степени влияет на процессы возрастного развития. Ее уровень определяется биологическими (потребность организма в движениях) и социальными причинами.
Измеряется ДА чаще всего суточным расходом энергии или показателем шагометрии. В возрастной динамике этих показателей выявляются половые различия (рис. 2).
У мальчиков суточный объем ДА больше, чем у девочек. В препубертатном периоде эта разница небольшая. В пубертатном и постпубертатном периодах она возрастает за счет уменьшения физической активности девочек (не занимающихся спортом).
Занятия спортом, естественно, увеличивают ДА. При этом могут многократно повышаться резерв двигательной функции и неспецифическая устойчивость организма к воздействию негативных факторов.
Рис. 2. Возрастные изменения двигательной активности (ДА в тыс. шагов) по данным суточной шагометрии у мальчиков и девочек