Изменения работоспособности в различные периоды работы характеризуют эргографические и электромиографические показатели, представленные в табл. 6. Первый Период, определяемый как период врабатывания и усвоения ритма, характеризуется тем, что к концу его происходит некоторое повышение амплитуды эргограммы, снижение вариабельности этой величины и увеличение продуктивности работы. В результате этих процессов во втором периоде наблюдается увеличение амплитуды движения с 92 до 97 мм, уменьшение вариабельности с 6,5 до 5,7%; расход биоэлектрической энергии, выраженной в условных единицах (в милливольтах на 1 -см поднятия груза) в расчете на единицу работы, уменьшается с 4,2 до 4 мВ.
Все эти изменения свидетельствуют о том, что второй период является периодом наивысшей работоспособности. Данные табл. 6 объясняют физиологический механизм повышения работоспособности в этот период. Это - уменьшение интервала времени, в течение которого успевает развиться и прийти к завершению нервное возбуждение, обеспечивающее сокращение мышц, необходимое для однократного сгибания пальца, поднимающего груз. Об уменьшении интервала нервного возбуждения можно судить по уменьшению продолжительности залпов, или пачек, биоэлектрической активности мышц сгибателя и разгибателя пальцев. Уменьшение интервала возбуждения, или усвоение высокого ритма деятельности нервных центров, получается вследствие суммации следов возбуждения, остающихся после каждого очередного движения.
Таблица 6. Изменения различных показателей работоспособности по периодам работы у юношей 16-18 лет
После периода наивысшей работоспособности наступает период снижения работоспособности, в это время в организме происходят процессы, частично компенсирующие начинающееся утомление (третий период динамики работоспособности). При этом на эргограмме отмечаются понижения амплитуд, чередующиеся с их повышением; суммарная биоэлектрическая активность мышц и амплитуда мышечных биотоков несколько увеличиваются. В четвертом периоде работы, несмотря на действие физиологических компенсаторных мер, утомление продолжает углубляться, что выражается в дальнейшем уменьшении амплитуды эргограммы, в увеличении вариативности амплитуд, в уменьшении продуктивности биоэлектрических процессов и в деконцентрации мышечной силы и нервных процессов.
У детей разного возраста показатели динамики работоспособности отличаются как по биомеханическим, так и по биоэлектрическим процессам. У детей младшего школьного возраста наблюдаются особенности работы, обусловленные такими количественными показателями, как размеры и массы мышц, а также недостаточно развитыми механизмами усвоения ритма и компенсации утомления. Возрастные особенности динамики работоспособности представлены в табл. 7.
Таблица 7. Показатели работоспособности у детей разного возраста (средние величины)
Как видно из этих данных, различные показатели работоспособности с возрастом закономерно изменяются. Так, количество выполненной за каждую минуту работы с возрастом неравномерно увеличивается. Возрастные увеличения количества выполненной работы зависят от физического развития. Это положение подтверждается результатами статистической проверки: оказалось, что коэффициент корреляции между величинами кистевой силы и количества работы, выполненной за одну минуту, равен 0,71. У детей младшего возраста работа происходила при сравнительно большой вариативности продолжительности двигательных циклов, при некотором отставании выполнения работы от сигналов метронома, задающего темп. Для детей старшего возраста характерны соблюдение четкого ритма и меньшая вариативность продолжительности двигательных циклов. С увеличением возраста исследуемых повышается экономичность работы, уменьшается расходование суммарной биоэлектрической энергии, отнесенной к единице работы (100 кгс·м). Между приростом выполненной работы за минуту и величиной расходования биоэлектрической активности отмечалась обратная тесная корреляционная связь, коэффициент корреляции равнялся 0,77.
Изменения физических качеств с возрастом достаточно индивидуальны. Можно встретить людей среднего и пожилого возраста, у которых состояние нервно-мышечной системы носитявные признаки увядания, тогда как у других людей того же возраста функциональные показатели высокие. Например, унекоторыхлиц сила мышц снижается после 20-25 лет, когда поступательное биологическое развитие организма заканчивается; у других - после 40-45 лет. В первую очередь с возрастом ухудшаются быстрота, гибкость и ловкость; лучше сохраняются - сила и выносливость, особенно аэробная. Существенные коррективы в возрастную динамику двигательных качеств вносят занятия физической культурой и спортом, которые отодвигают наступление инволюционных процессов.
Быстрота с возрастом ухудшается по всем составляющим ее параметрам (латентному периоду сенсомоторныхреакций, скорости одиночного движения и темпа движений). От 20 до 60 лет время латентного периода возрастает в 1.5-2 раза. Наибольшее падение скорости движения отмечается в возрасте от 50 до 60 лет, а в период 60-70 лет наступает некоторая стабилизация. Темп движения наиболее заметно снижается в возрасте от 30 до 60 лет, в период 60-70 лет он мало изменяется, а в более старшем возрасте - существенно замедляется. Создается впечатление, что в возрасте 60-70 лет возникает какой-то новый уровеньжизнедеятельности, который обеспечивает определенную, хотя и несколько сниженную скорость движений. Улиц, регулярно выполняющих физические нагрузки, снижение всех
Рис. 64. Сила кисти в зрелом возрасте
(по: Asmussen E., 1968)
показателей быстроты идет более медленными темпами. Например, у тренированных лиц в возрасте 50-60 лет снижение быстроты составляет
20-40%, а у нетренированных - 25-60% от исходных величин, полученных в 18-20-летнем возрасте.
Сила различных групп мышц достигает максимальных значений к 18-20 годам, остается на высоком уровне до 40-45 лет, а к 60 годам снижается примерно на 25% (рис. 64). Инволюция силы как физического качества может быть оценена по ее показателям в отдельных движенияхипоперестройкетопографииразличныхгруппмышц. К 60 годам в большой степени снижается сила мышц туловища, что обусловлено, прежде всего, нарушением трофики нервно-мышечного аппарата и развитием в нем деструктивных изменений.
У лиц, не занимающихся выполнением физических упражнений, наибольшее снижение силы отмечается в возрасте от 40 до 50 лет, у регулярно тренирующихся - от 50 до 60 лет. Преимущество тренированных людей становится наиболее ощутимым в возрасте 50-60 лет и старше. Например, улиц, занимающихся спортом или физическим трудом, сила кистей рук при динамометрии даже в возрасте 75 лет составляет 40-45 кг, что соответствует в среднем уровню 40-летнего человека. Снижение мышечной силы связано с ослаблением функций симпато-адреналовой системы и половых желез (уменьшается образование андрогенов). Эти возрастные изменения приводят к ухудшению нейро-гуморальной регуляции мышц и снижению в них уровня метаболизма.
Скоростно-силовые качества также с возрастом снижаются, но вклад того или иного качества (силы, быстроты) в общую
двигательную реакцию зависит от характера упражнений. Например, при прыжках в длину с возрастом больше снижается сила, при метаниях - скорость. При выполнении большинства физических упражнений скоростно- силовые качества взаимосвязаны и влияют друг надруга. Тренировкаскоростно-силовой направленности в большей мере развивает эти качества человека и мало влияет на развитие выносливости. И наоборот, тренировка выносливости вызывает ее повышение, мало затрагивая системы и механизмы, ответственные за проявления мышечной силы. Именно поэтому люди зрелого и пожилого возраста при занятиях физическими упражнениями должны использовать их различные комплексы, позволяющие противодействовать инволюционным изменениям большинства органови систем.
Выносливость по сравнению с другими физическими качествами с возрастом сохраняется более длительное время. Считается, что ее снижение начинается после 55 лет, а при работе умеренной мощности (с аэробным энергообеспечением) нередко она остается достаточно высокой в 70-75 лет. Это подтверждают широко известные факты участия людей такого возраста в длительных забегах, заплывах, туристических походах. При выполнении упражнений скоростного, силового и скоростно-силового характера (с анаэробным энергообеспечением) выносливость снижается уже после 40-45 лет. Это обусловлено тем, что развитие выносливости зависит, прежде всего, от функциональной полноценности органов кровообращения, дыхания и системы крови, т. е. от кислородтран-спортной системы, которая при выполнении вышеназванных упражнений тренируется недостаточно. Регулярные занятия физическими нагрузками на выносливость (бег, лыжи, плавание) заметно отдаляют ее снижение, упражнения силового характера (гири, гантели, эспандер) мало влияют на возрастную динамику выносливости.
Гибкость характеризуется способностью выполнять движения с максимальной амплитудой. Без специальной тренировки это качество начинает снижаться уже с 15-20лет, что нарушает подвижность и координацию в различных формах сложных движений. У лиц пожилого возраста, как правило, гибкость тела (особенно позвоночника) существенно снижена. Тренировка позволяет сохранять это качество долгие годы. При попытке восстановить гибкость лучший результат наблюдается у тех, кто имеет хорошую физическую подготовленность.
Основным проявлением ловкости является точность двигательной ориентации в пространстве. Это качество также снижается довольно рано (с 18-20лет); специальные тренировки замедляют снижение ловкости и она остается на высоком уровне в течение многих лет.
Мышцы и группы мышц окружены соединительнотканными оболочками -фасциями. Фасции покрывают также целые области тела и конечностей и получают название по этим областям (фасции груди, плеча, предплечья, бедра и т. д.). Фасциальные футляры состоят из неоформленной плотной волокнистой соединительной ткани, поэтому они очень прочные и отлично противостоят механическому растяжению при сокращении мышц. Великий русский хирург и анатом Н. И. Пирогов назвал фасции «мягким скелетом тела».
Введение………………………………….…………………...……..стр. 2-4
Основные функциональные свойства мышц……………….....…….стр. 5
Работа и сила мышц……………………………………….………..стр. 5-6
Мышечный тонус…………………………………………….……. стр. 6-7
Мышечная масса и сила мышц в различные
возрастные периоды………………………………………………….……стр. 7-8
Возрастные особенности быстроты, точности
движений выносливости………………...…………………...………….стр. 9-10
Влияние физических нагрузок на организм………………....… стр. 10-15
Утомление при различных видах мышечной
работы, его возрастные особенности…………………………....……..стр. 15-16
Развитие двигательных навыков,
совершенствование координации движений с возрастом……...……стр. 16-18
Двигательный режим учащихся
и вред гиподинамии………………...……………………………….…..стр. 18-22
Заключение…………………………..……………….………………стр. 23
Список литературы………………….…………………..…………...стр. 24
Работа содержит 1 файл
Увеличение с возрастом максимальной частоты движений объясняется нарастающей подвижностью нервных процессов, обеспечивающей более быстрый переход мышц- антагонистов из состояния возбуждения в состояние торможения и обратно.
Точность воспроизведения движений также существенно изменяется с возрастом. Дошкольники 4-5 лет не могут совершать тонкие точные движения, воспроизводящие заданную программу как в пространстве, так и во времени. В младшем школьном возрасте возможность точного воспроизведения движений по заданной программе существенно возрастает. С 9-10 лет организация точных движений происходит по типу взрослого. В совершенствовании этого двигательного качества существенную роль играет формирование центральных механизмов организации произвольных движений, связанных с деятельностью высших отделов ЦНС. В процессе развития ребенка изменяется также способность воспроизводить заданную величину мышечного напряжения. Точность воспроизведения мышечного напряжения невелика у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Она повышается лишь к 11-16 годам.
В течение длительного периода онтогенеза формируется и одно из важнейших качеств - выносливость (способность человека к продолжительному выполнению того или иного вида умственной или физической (мышечной) деятельности без снижения их эффективности). Выносливость к динамической работе еще очень невелика в 7-11 лет. С 11 - 12 лет мальчики и девочки становятся более выносливыми. Исследования показывают, что хорошим средством развития выносливости являются ходьба, медленный бег, передвижение на лыжах. К 14 годам мышечная выносливость составляет 50-70%, а к 16 годам -около 80% выносливости взрослого человека.
Выносливость
к статическим усилиям особенно
интенсивно увеличивается в период
от 8 к 17 годам. Наиболее значительные изменения
этого динамического качества отмечаются
в младшем школьном возрасте. У 11-14-летних
школьников самыми выносливыми являются
икроножные мышцы. В целом выносливость
к 17-19 годам составляет 85% уровня взрослого,
максимальных значений она достигает
к 25-30 годам.
Темпы развития многих двигательных качеств
особенно высоки в младшем школьном возрасте,
что, учитывая интерес детей к занятиям
физкультурой и спортом, дает основание
целенаправленно развивать двигательную
активность в этом возрасте.
Влияние физических нагрузок на организм.
Мышечная работа связана со значительными энергетическими затратами, а следовательно, требует увеличения притока кислорода. Это достигается прежде всего усилением деятельности органов дыхания и сердечно-сосудистой системы. Увеличиваются частота сердечных сокращений, систолический объем крови (количество крови, выбрасываемое при каждом сокращении) и минутный объем крови. Усиленное кровоснабжение обеспечивает кровью не только мышцы, но и центральную нервную систему, что создает благоприятные условия для ее более интенсивной деятельности. Интенсификация обменных процессов при мышечной работе приводит к необходимости усиленного выделения продуктов обмена, что достигается повышением активности потовых желез, играющих также важную роль в поддержании постоянной температуры тела. Все это свидетельствует о том, что физические нагрузки, требующие усиления мышечной работы, оказывают активизирующее влияние на деятельность физиологических систем. Кроме того, выполнение физических нагрузок оказывает стимулирующее влияние на двигательную систему, приводит к совершенствованию двигательных качеств. Вместе с тем эффективность физических нагрузок и их стимулирующее влияние на организм могут быть достигнуты только при учете возрастных возможностей организма ребенка, и прежде всего возрастных особенностей опорно-двигательного аппарата, обусловленных степенью его структурно-функциональной зрелости.
В дошкольном возрасте, когда двигательные качества, в особенности выносливость, еще низки, дети не могут долго выполнять динамическую и статическую работу. Способность к выполнению физических нагрузок возрастает к младшему школьному возрасту. Особенно выражено нарастание всех показателей мышечной работоспособности с 11 - 12 лет. Так, объем динамической работы (в кгм), выполненной 10-летними школьниками, на 50% больше, чем у 7-летних, а в возрасте 14-15 лет он соответственно больше на 300-400%. Мощность работы с 7 до 11 лет увеличивается всего на 30%, а с И до 16 лет-более чем на 200%. Так же стремительно начиная с 12 лет растет у школьников работоспособность при статических напряжениях. Вместе с тем даже у 15-16-летних по сравнению с 18-летними учащимися мощность работы составляет 66-70%, а у 18-летних объем работы и мощность лишь приближаются к нижней границе этих же показателей у взрослых.
Возрастные особенности мышечной работоспособности, которые проявляются при динамической работе и статических напряжениях, неотделимо связаны с особенностями высшей нервной деятельности и сказываются на процессе тренировки и производительности в единицу времени. Так, тренировка по одному и тому же виду работы требует у 14-летних подростков в 2 раза больше времени, чем у взрослых. Производительность же работы на единицу времени у 14-15-летних составляет 65-70% от производительности взрослого. Время на отдых 15-18-летним школьникам требуется во много раз большее, чем затрачено на работу. Если 20-летнему для отдыха нужно время в 2 раза большее, чем затрачено на работу, то 17-летнему, даже тренированному к физической работе, его требуется в 4 раза больше.
Проявляются определенные различия в мышечной работоспособности учащихся и в связи с их полом. Степень утомляемости при выполнении дозированной динамической мышечной работы у девочек и мальчиков в пределах одной возрастной группы одинакова. Сила же, выносливость и другие показатели мышечной работоспособности у девочек в среднем ниже, чем у мальчиков.
Характерные особенности мышечной работоспособности девочек и девушек сказываются на объеме выполненных, особенно тяжелых работ. Работы средней тяжести и тяжелые выполняются девочками и девушками в меньшем объеме и вызывают более глубокие сдвиги в организме, чем у мальчиков и юношей. Адаптация к одной и той же работе у девочек происходит труднее, а работоспособность снижается быстрее, чем у мальчиков.
Оптимальным для тренирующих влияний физических нагрузок является возраст от 9-10 до 13-14 лет, когда наиболее интенсивно формируются основные звенья двигательной системы и двигательные качества. Большими потенциальными возможностями для совершенствования двигательной системы обладает подростковый возраст. Это подтверждают яркие примеры достижений подростков в таких видах спорта, как художественная и спортивная гимнастика, фигурное катание, а также в балете, танцах, где мы наблюдаем удивительно высокие проявления координации движения. Вместе с тем следует учитывать, что этот возраст характеризуется значительными перестройками в функционировании организма, связанными с половым созреванием. Поэтому для подростков мальчиков и девочек, не занимающихся систематически спортом, надо дозировать нагрузки, связанные с проявлением максимальной силы и выносливости. При учете функциональных возможностей детского организма физические нагрузки оказывают чрезвычайно благоприятные влияния на физическое и умственное развитие ребенка.
Физические
упражнения являются эффективным средством
совершенствования двигательного
аппарата человека. Они лежат в
основе любого двигательного навыка
и умения. Под влиянием упражнений
формируются законченность и
устойчивость всех форм двигательной
деятельности человека. Физиологический
смысл упражнения сводится к образованию
динамического стереотипа. В начальный
период выполнения упражнения имеет
место широко распространенное возбуждение
в коре больших полушарий головного
мозга. В деятельное состояние вовлекается
большое число мышц, движения ученика
неловки, суетливы, хаотичны. При этом
сокращаются многочисленные мышечные
группы, часто не имеющие никакого
отношения к данному двигательному
акту. Вследствие этого развивается
торможение, снижается мышечная работоспособность.
По мере упражнений широко распространенное
корковое возбуждение концентрируется
в ограниченной группе мышц, непосредственно
связанных с данным упражнением или двигательным
актом, образуется очаг стационарного
возбуждения, отчего движения становятся
более четкими, свободными, координированными
и более экономичными в смысле затрат
времени и энергии.
На
заключительной стадии образуется устойчивый
стереотип, по мере повторения упражнения
движения становятся автоматизированными,
хорошо координированными, и они
выполняются только за счет сопряжения
тех групп мышц, которые необходимы
для данного двигательного акта.
Систематической тренировкой достигается
увеличение мощности и полезного действия
мышц тела. Это увеличение достигается
благодаря развитию мышц, участвующих
в данной работе (тренируемые мышцы увеличиваются
в объеме, в связи с чем возрастает и их
сила), а также в результате изменений,
которые претерпевают сердечно-сосудистая
и дыхательная системы.
Дыхание у тренированных людей в покое более редкое и доходит до 8-10 в 1 мин по сравнению с 16-20 у нетренированных. Уменьшение частоты дыхания сопровождается углублением дыхания, поэтому вентиляция легких не уменьшается.
При мышечной
работе легочная вентиляция может доходить
до 120 л в минуту. У тренированных людей
увеличение вентиляции совершается за
счет углубления дыхания, тогда как у нетренированных-
за счет учащения дыхания, которое остается
поверхностным. Углубленное дыхание тренированных
людей способствует лучшему насыщению
крови кислородом.
У тренированных людей происходит уменьшение
числа сердечных сокращений, но увеличивается
систолический (ударный) и минутный объем
крови при незначительном учащении работы
сердца. У нетренированных людей минутный
объем увеличивается за счет учащения
сердечной деятельности при незначительном
повышении систолического объема.
Тренированность, которая может быть достигнута
средствами физического воспитания ребенка,
приводит не только к физическому совершенствованию
детей и укреплению их здоровья, она отражается
на развитии высших нервных функций и
психических процессов, способствует
гармоническому развитию личности.
Утомление при различных видах мышечной работы, его возрастные особенности.
Тренированность к физическим нагрузкам имеет важное значение для уменьшения степени утомления при мышечных нагрузках. Утомлением называется временное снижение работоспособности целостного организма, его органов и систем, наступающее после длительной напряженной или кратковременной чрезмерно интенсивной работы. Физическое утомление наступает после длительных и интенсивных мышечных нагрузок. При резко выраженном утомлении развивается длительное укорочение мышц, их неспособность к полному расслаблению - контрактура. Понижение физической работоспособности связано как с изменением в самой мышце, так и с изменениями в центральной нервной системе. Роль ЦНС в развитии мышечного утомления впервые была установлена И. М. Сеченовым, который показал, что восстановление работоспособности одной руки после длительного подъема груза значительно ускоряется, если в период отдыха производить работу другой рукой. В отличие от простого отдыха такой отдых называется активным и рассматривается как доказательство того, что утомление развивается прежде всего в нервных центрах. О роли центральной нервной системы в развитии утомления свидетельствуют также данные о повышении работоспособности под влиянием положительных эмоций и мотиваций.
Связь утомления с деятельностью центральной нервной системы и периферического аппарата свидетельствует о том, что степень их зрелости определяет физическую работоспособность в детском возрасте. Чем младше ребенок, тем быстрее наступает физическое утомление при мышечных нагрузках. Очень низкий уровень энергетического обмена в мышцах новорожденных и грудных детей, а также незрелость нервной системы определяют их быструю утомляемость. Одним из существенных переломных этапов развития физической работоспособности является возраст 6 лет, характеризующийся высокими энергетическими возможностями скелетных мышц и выраженными изменениями в структурно-функциональном созревании центральной нервной системы. Вместе с тем у детей дошкольного и младшего школьного возраста еще не наступила окончательная дифференцировка скелетных мышц. Физическая работоспособность в младшем школьном возрасте в 2,5 раза меньше, чем у 15-16-летних. Важным переломным этапом в развитии физической работоспособности является возраст 12-13 лет, когда происходят существенные изменения энергетики мышечного сокращения. Повышение физической работоспособности в этом возрасте сказывается на показателях мышечной выносливости, в возможности перенесения длительных нагрузок с меньшей степенью утомления. Правильно дозированные физические нагрузки, учитывающие степень структурно-функциональной зрелости физиологических систем ребенка в различные возрастные периоды, предотвращают развитие длительного утомления. Повышению работоспособности учащихся способствует чередование умственного и физического труда.
Развитие двигательных навыков, совершенствование координации движений с возрастом.
У новорожденного ребенка наблюдаются беспорядочные движения конечностей, туловища и головы. Координированные ритмические сгибания, разгибания, приведение и отведение сменяются аритмичными, некоординированными изолированными движениями.
Двигательная деятельность детей формируется по механизму временных связей. Важную роль в формировании этих связей играет взаимодействие двигательного анализатора с другими анализаторами (зрительным, тактильным, вестибулярным).
Нарастание тонуса затылочных мышц позволяет ребенку 1,5-2 месяцев, положенному на живот, поднимать голову. В 2,5-3 месяца развиваются движения рук в направлении к видимому предмету. В 4 месяца ребенок поворачивается со спины на бок, а в 5 месяцев переворачивается на живот и с живота на спину. В возрасте от 3 до 6 месяцев ребенок готовится к ползанию: лежа на животе, все выше поднимает голову и верхнюю часть туловища; к 8 месяцам он способен проползать довольно большие расстояния.
В возрасте от 6 до 8 месяцев благодаря развитию мышц туловища и таза ребенок начинает садиться, вставать, стоять и опускаться, придерживаясь руками за опору. К концу первого года ребенок свободно стоит и, как правило, начинает ходить. Но в этот период шаги ребенка короткие, неравномерные, положение тела неустойчивое. Стараясь сохранить равновесие, ребенок балансирует руками, широко ставит ноги. Постепенно длина шага увеличивается, к 4 годам она достигает 40 см, но шаги все еще неравномерные. От 8 до 15 лет длина шага продолжает увеличиваться, а темп ходьбы снижаться.
В возрасте
4-5 лет в связи с развитием
мышечных групп и совершенствованием
координации движений детям доступны
более сложные двигательные акты:
бег, прыганье, катание на коньках, плавание,
гимнастические упражнения. В этом
возрасте дети могут рисовать, играть
на музыкальных инструментах. Однако
дошкольники и младшие школьники
в связи с несовершенством
механизмов регуляции трудно усваивают
навыки, связанные с точностью
движения рук, воспроизведением заданных
усилий.
К 12-14 годам происходит повышение меткости
бросков, метаний в цель, точности прыжков.
Однако некоторые наблюдения показывают
ухудшение координации движений у подростков,
что связывается с морфофункциональными
преобразованиями в период полового созревания.
С половым созреванием связано и снижение
выносливости в скоростном беге у 14-15-летних
подростков, хотя скорость бега к этому
возрасту существенно возрастает.
Академик Г. В. Фольборт определил, что работоспособность зависит от баланса двух процессов - затраты энергии и ее восстановления, которые неоднозначны в разных периодах физической деятельности. В современных условиях это означает, что физическая работа зависит от исходного состояния организма и его исполнительных систем, баланса между энергетическими потребностями и их обеспечением.
Оптимальные режимы физической нагрузки и отдыха - одно из условий здорового образа жизни, улучшения состояния здоровья человека, так как нагрузка сопровождается повышенной адаптацией висцеральных систем, метаболических процессов организма при выполнении работы.
Во время физической деятельности можно выделить 3 периода работоспособности, зарегистрированные на ергограми при подъеме груза на определенную высоту.
Период проработки - характеризуется постепенным увеличением работоспособности в начале физической деятельности.
Период устойчивого состояния - сопровождается относительно постоянной работоспособностью при выполнении работы.
Период усталости - характеризуется уменьшением работоспособности в процессе физической деятельности.
Мышечная работоспособность
Прямыми показателями работоспособности во время мышечной деятельности, которые можно исследовать в человека, являются:
1 Сила сокращения мышц.
2 Скорость сокращения.
3 Выносливость (измеряется временем удержания 50% силы мышц от максимальной).
Мышечная сила - это усилие, которое может произвести мышца или группа мышц в процессе работы. Максимальной силой считают силу, которую развивает мышца при сокращении, когда он чуть сдвигает с места максимальный груз. Мощность сокращение - взрывной компонент силы и скорости движения: мощность = (сила х расстояние) / час.
Максимальная сила мышц зависит от количества и начальной длины мышечных волокон, которые сокращаются; частоты ПД, генерируемых в их нейромоторного единицах; физиологического поперечного сечения мышцы, который существенно возрастает благодаря тренировкам, которые приводят к его гипертрофии, увеличение силы сокращения.
При одинаковых условиях максимальная сила мышц у мужчин больше, чем у женщин. Мужской гормон тестостерон имеет значительный анаболический воздействие - увеличивает синтез белков в мышцах. Даже при незначительной физической активности масса мышц у мужчин почти на 40% больше, чем у женщин. Женские половые гормоны - эстрогены стимулируют синтез жира, который преимущественно откладывается в груди, бедрах, подкожной ткани: жира женщины имеют около 27% массы тела, а мужчины - около 15%. Половые гормоны влияют также на темперамент: тестостерон увеличивает агрессивность, достижение цели при экстремальных ситуациях в спорте, в то время как влияние эстрогена связывают с мягкими чертами характера.
Скорость сокращения мышцы - врожденное явление. На основе анализа факторов, от которых зависит скорость двигательных реакций, можно выделить следующие параметры: подвижность основных нервных процессов в ЦНС, соотношение быстрых и медленных мышечных волокон, их моторных единиц. Специализация в некоторых видах спорта может быть выбрана в зависимости от того, какие виды мышечных волокон преобладают: "дети рождаются, чтобы стать спринтерами или стайерами или прыгунами" (табл. 8.1).
Энергетическое обеспечение при мышечной деятельности зависит от состояния висцеральных систем организма - в первую очередь, дыхания и обращения крови, транспортирует кислород и питательные вещества к мышечным клеткам и выносит из них отработанные продукты. Поэтому определение их функциональных показателей, характеризующих адаптацию этих систем к физической нагрузке, является важным тестом оценки периодов физической деятельности организма и его работоспособности.
На сегодня известно, что сокращение мышцы зависит от количества энергии, производится во время гидролиза АТФ на АДФ и Фн. В одном мышечном волокне содержится около 4 ммоль / л АТФ, которой хватает на выполнение
ТАБЛИЦА 8.1. Количество быстрых и медленных мышечных волокон (%) в четырехглавой мышце бедра спортсменов различных видов спорта
максимального сокращения в течение 2 с. Спустя это время с АДФ и Фн синтезируется новая молекула АТФ, которая обеспечивает последующее сокращение.
Для длительного мышечного сокращения необходимы большие запасы АТФ. Источниками ее образования могут быть:
1 Креатинфосфат (КФ). характеризующееся наличием высокоэнергетического фосфатного связи, при гидролизе которого высвобождается большее количество энергии, чем при расщеплении АТФ. Освобожденная энергия идет на связывание АДФ с новым фосфатом, синтез новой молекулы АТФ, которая обеспечивает сокращение мышцы. Однако запасы КФ тоже небольшие, их хватает на 6-8 с.
2 Гликоген постоянно присутствует в мышечных волокнах. Благодаря гликолиза, не требует кислорода, гликоген быстро превращается в пировиноградную кислоту, а затем - в молочную кислоту, которая освобождает энергию для преобразования АДФ в АТФ. Однако при гликолизе накапливается большое количество конечных продуктов (лактат), которые негативно влияют на мышечное сокращение.
3 Наиболее надежным поставщиком энергии для мышечного сокращения является окислительная система, которая обеспечивает 95% нужной энергии для длительной и непрерывной работы. Продуктами для окисления является глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты (рис. 8.22).
Несмотря на полноценное висцеральное и метаболическое обеспечение физической нагрузки, человек чувствует усталость, которая приводит к снижению работоспособности и требует времени для ее восстановления. И. М. Сеченов (1903 г..) Впервые показал, что восстановление работоспособности утомленных мышц руки человека после длительной работы при поднятии груза резко ускоряется, если в период отдыха проводить работу другой рукой.
Такая же закономерность наблюдалась и при других видах двигательной активности. И. М. Сеченов, в отличие от простого покоя, такой отдых назвал активным. Объяснялся это влияние активного отдыха взаимоотношениями, которые наблюдаются в центрах регуляции этих мышц.
Основные закономерности процессов утомления и восстановления были описаны академиком Г. В. Фольбортом, которые И. П. Павлов назвал "правил Фольборта".
Приведем некоторые из них:
1 Уровень работоспособности зависит от соотношения процессов утомления и восстановления, между которыми существует прямая связь - чем быстрее развивается истощение (при интенсивной работе), тем быстрее происходит восстановление.
2 Восстановительные процессы развиваются не прямолинейно, а волнообразно. В процессе восстановления различают две фазы - фаза достижения начальной работоспособности и фаза устойчивой, постоянной работоспособности.
3 Зная продолжительность труда и отдыха после нее, можно достичь двух состояний - хронического переутомления и постепенного наращивания постоянной работоспособности. Очевидно, это всем известный процесс тренировки. Если же изнурительные нагрузки выполняет орган, состояние которого не успел измениться, то, наоборот, процесс восстановления замедляется и ослабляется - развивается состояние хронического истощения. Эти закономерности не потеряли значения и в наше время. наоборот, получили дальнейшее развитие на молекулярном уровне.
Основные механизмы развития утомления:
■ центральные механизмы - усталость как следствие изменений в ЦНС, которые проявляются процессами торможения, нарушением координации двигательных функций, уменьшения
РИС. 8.22.
нием активности мотонейронов и снижением ими частоты генерации ПД;
■ периферические механизмы - усталость происходит на клеточном уровне как следствие недостатка АТФ, синтезируемого в митохондриях, и накоплением кислых продуктов, которые вызывают ацидоз. Если центральные механизмы могут иметь место у нетренированных субъектов, то значительные и максимальные физические нагрузки приводят к развитию усталости благодаря нехватки энергетических ресурсов на клеточном уровне, и повреждения работающих мышц.
Интенсивные физические нагрузки сопровождаются болевыми ощущениями в области мышц, природа которых связана с;
■ повышением концентрации мышечных ферментов в плазме крови
■ миоглобинемия (наличием миоглобина в крови)
■ наличием воспалительной реакции;
■ нарушением структуры мышц.
События, развивающиеся в мышцах, имеют такую последовательность:
1 Высокое напряжение сократительной-эластичной системы мышцы приводит к структурным повреждений мембраны мышечного волокна и самой мышцы.
2 Повреждение клеточной мембраны мышцы обусловливает нарушение кальциевого гомеостаза в поврежденном волокне, что приводит к отмиранию клеток, пик которого наблюдается на 24-40 час.
3 Продукты активности макрофагов, а также внутриклеточное содержание (простагландины, гистамин, кинины, ионы К +, Н +) накапливаются вне клеток и раздражают нервные окончания мышцы.
Также установлено, что возникновение болевых ощущений в мышцах является результатом повреждения структур, сопровождающееся выделением внутриклеточных белков и увеличением обмена миозина и актина. В процессе повреждения и восстановления мышцы участвуют лизосомы, ионы Са2 + , свободные радикалы, соединительная ткань, воспалительные реакции, внутриклеточные миофибриллярных белки.
Профилактикой выявленных изменений является уменьшение эксцентричного компонента мышечной деятельности в начале работы с постепенным увеличением интенсивности нагрузки от минимальной до максимальной.
Физическое утомление
Длительные и интенсивные мышечные нагрузки приводят к временному снижению физической работоспособности организма -утомлению. Процесс утомления затрагивает изначально ЦНС, затем нервно-мышечный синапс и в последнюю очередь мышцу. Так, люди, которые недавно лишились руки или ноги, еще долгое время ощущают их наличие. Совершая мысленно работу отсутствующей конечностью, они вскоре заявляли о своей усталости. Это доказывает, что процессы утомления развиваются в ЦНС, поскольку никакой мышечной работы не производилось.
Утомление - это нормальный физиологический процесс, выработанный для защиты физиологических систем от систематического переутомления, которое является патологическим процессом и ведет к расстройству деятельности нервной и других физиологических систем организма. Рациональный отдых быстро способствует восстановлению работоспособности. После физической работы полезно сменить род деятельности, так как полный покой медленнее восстанавливает силы.
Развитие мышечной системы
Мышечная система ребенка в процессе онтогенеза претерпевает значительные структурные и функциональные изменения. Формирование мышечных клеток и образование мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно. Процесс «чернового» формирования мышц заканчивается к 7-8-й неделе пренатального развития. На этом этапе раздражение кожных рецепторов уже вызывает ответные двигательные реакции плода, что свидетельствует об установлении функциональной связи между тактильной рецепцией и мышечной системой. В последующие месяцы интенсивно идет функциональное созревание мышечных клеток, связанное с увеличением количества миофибрилл и их толщины. После рождения созревание мышечной ткани продолжается. Мышечная масса растет в основном за счет увеличения продольных и поперечных размеров мышечных волокон, а не количества миофибрилл, общее число которых увеличивается незначительно (около 10%). В частности, интенсивный рост волокон наблюдается до 7 лет и в пубертатном периоде. Начиная с 14-15 лет микроструктура мышечной ткани практически не отличается от взрослой. Однако утолщение мышечных волокон может продолжаться до 30-35 лет.
Сначала развиваются те скелетные мышцы, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном возрастном этапе. Развитие мышц верхних конечностей обычно предшествует развитию мышц нижних конечностей. Более крупные мышцы формируются всегда раньше мелких. Например, мышцы плеча и предплечья формируются быстрее мелких мышц кисти. У годовалого малыша мышцы рук и плечевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интенсивно развиваются мышцы рук в 6-7 лет. Общая масса мышц быстро нарастает в период полового созревания: у мальчиков - в 13-14 лет, а у девочек - в 11-12.
В табл. 2.1 приведены данные, характеризующие массу скелетных мышц в процессе постнатального развития детей и подростков.
Таблица 2.1
Нарастание массы скелетных мышн с возрастом
Значительно меняются в процессе онтогенеза и функциональные свойства мышц. Увеличивается возбудимость, лабильность, сократимость и скорость проведения возбуждения мышечных волокон, изменяется мышечный тонус. У новорожденного отмечается повышенный мышечный тонус, а тонус мышц, вызывающих сгибание конечностей, преобладает над тонусом мышц-разгибателей. В результате руки и ноги грудных детей находятся чаще в согнутом состоянии. Интенсивное развитие и увеличение тонуса разгибателей, свойственные взрослому организму, происходят к 5 годам. У детей плохо выражена способность мышц к расслаблению, которая с возрастом увеличивается. С этим обычно связана скованность движений у детей и подростков. Только после 15 лет движения становятся более пластичными.
В процессе развития опорно-двигательного аппарата изменяются двигательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость, гибкость и выносливость. Их развитие происходит неравномерно (гетеро-хронно) и зависит от функционального состояния организма и тренировки. Для развития каждого качества имеются определенные сенситивные (чувствительные) периоды индивидуального развития, когда может быть получен максимальный прирост. Индивидуальная особенность формирования двигательных качеств и их проявление во многом обусловлены генетической программой. Прежде всего развиваются быстрота и ловкость движений. Быстрота (скорость) движений характеризуется числом движений, которое человек в состоянии произвести за единицу времени. Быстрота определяется тремя показателями: скоростью одиночного движения, временем двигательной реакции и частотой движений. С физиологической точки зрения развитие быстроты обусловлено следующими факто-
рами: лабильностью (функциональной подвижностью) нервных центров и скелетных мышц, их энергетической обеспеченностью и соотношением быстрых и медленных волокон. Лабильность - предельный ритм импульсов, который нервные центры способны воспроизвести в единицу времени, что зависит от взаимоперехода возбуждения и торможения в двигательных центрах коры и в работающих мышцах. Энергетическое обеспечение движений осуществляется за счет энергии анаэробного расщепления мышечных фосфагенов (АТФ и креатинфосфата), как наиболее скоростного энергетического механизма. Соотношение быстрых (белых) мышечных волокон, в которых происходит главным образом анаэробное расщепление фосфагенов, и медленных (красных), в которых осуществляется аэробное окисление углеводов, в определенной степени генетически запрограммировано, хотя и может изменяться в зависимости от характера двигательной активности.
Скорость одиночного движения значительно возрастает у детей с 4-5 лет и к 13-14 годам достигает уровня взрослого. К 13-14 годам уровня взрослого достигает и время простой двигательной реакции, которая обусловлена скоростью физиологических процессов в нервно-мышечном аппарате. Максимальная произвольная частота движений увеличивается с 7 до 13 лет, причем у мальчиков в 7-10 лет она выше, чем у девочек, ас 13-14 лет частота движений девочек превышает этот показатель у мальчиков. Наконец, максимальная частота движений в заданном ритме также резко увеличивается в 7-9 лет. Наибольший прирост быстроты в результате тренировок наблюдается у детей от 9 до 12 лет.
До 13-14 лет завершается в основном развитие ловкости, которая связана со способностью детей и подростков осуществлять точные, координированные и быстрые движения. Следовательно, ловкость связана, во-первых, с пространственной точностью движений, во-вторых, с временной, в-третьих, с быстротой решения сложных двигательных задач. Развитие ловкости, начиная с 3-4 лет, быстро совершенствуется в первом и во втором детстве, чему способствует хорошая эластичность мышечных волокон и связочного аппарата у детей этого возраста. Наибольший прирост точности движений наблюдается с 4-5 до 7-8 лет. До 6-7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно короткое время. Затем постепенно развивается пространственная точность движений, а за ней - временная. Наконец, в последнюю очередь совершенствуется способность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях. Ловкость продолжает улучшаться до 17 лет. Интересно, что спортивная тренировка оказывает существенное влияние на развитие ловкости, и у 15-16-летних спортсменов точность движений в два раза выше, чем у нетренированных подростков того же возраста.
Гибкость - это степень подвижности отдельных частей человеческого тела относительно друг друга, которая выражается в амплитуде (размахе) движений. Она зависит от анатомических особенностей суставных поверхностей, характера их сочленений, эластичности тканей, окружающих суставы, а также от функционального состояния центральной нервной системы и двигательного аппарата. Способность воспроизводить амплитуду движений максимально увеличивается в 7-10 лет и после 12 лет практически не изменяется, а точность воспроизведения малых угловых смещений (до 10-15°) увеличивается до 13-14 лет.
Большое значение для развития силы имеет формирование костной и мышечной системы. Сила отдельных групп мышц развивается неравномерно, поэтому в каждом возрастном периоде существуют разные соотношения между силой различных мышц. У дошкольников сила мышц туловища больше, чем мышц конечностей. В связи с повышенным мышечным тонусом и превышением силы мышц-сгибателей над разгибателями у дошкольников и младших школьников затрудняется сохранение выпрямленных поз, поэтому они могут поддерживать вертикальную позу без утомления не более 2 мин. У младших школьников наибольшую силу имеют мышцы-сгибатели туловища, бедра и подошвы. Сила мышц-разгибателей этих частей тела возрастает к 9-11 годам. Слабое развитие «мышечного корсета» вызывает искривление позвоночника, нарушение осанки при несоблюдении гигиенических правил. Слабость развития мышц стопы приводит к плоскостопию. Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем школьном возрасте, особенно интенсивно сила увеличивается с 10-12 до 16-17 лет. У девочек прирост силы происходит несколько раньше, с 10-12 лет, а у мальчиков - с 13-14. Тем не менее, мальчики по этому показателю во всех возрастных группах превосходят девочек, но особенно четкое различие проявляется с 13-14 лет.
Позже других физических качеств развивается выносливость, характеризующаяся временем, в течение которого сохраняется достаточный уровень работоспособности организма без развития утомления. Факторами развития выносливости является степень сформированности кислородтранспортной системы организма - дыхательной, сердечнососудистой и системы крови. Эти системы обеспечивают снабжение организма кислородом и его транспорт к работающим мышцам, благодаря чему включаются механизмы аэробного энергообеспечения мышц. Существуют возрастные, половые и индивидуальные отличия в выносливости. Выносливость (особенно к статической работе) детей дошкольного возраста находится на низком уровне. Интенсивный прирост выносливости к динамической работе наблюдается с 11-12 лет. Так, если принять объем динамической работы школьников 7 лет за 100%, то у 10-летних он будет составлять 150%, а у 14-15-летних подростков - более 400% (М.В. Антропова, 1968). Так же интенсивно с 11-12 лет нарастает у школьников выносливость к статическим нагрузкам. В целом к 17-19 годам выносливость учащихся составляет около 85% от уровня взрослого. Сенситивным периодом развития выносливости является юношеский возраст, когда в достаточной мерс созревают функции кардиореспираторной системы. Своего максимального уровня она достигает к 22-25 годам.
В целом к 13-15 годам заканчивается формирование всех отделов двигательного анализатора, которое особенно интенсивно происходит в возрасте 7-12 лет.
При старении масса мышц снижается и к 70-90 годам составляет примерно 50% от уровня в зрелом возрасте. Это происходит за счет уменьшения диаметра мышечных волокон и количества жидкости в ткани. Параллельно также уменьшаются сила и быстрота сокращения мышц, их возбудимость, эластичность, гибкость, точность, выносливость, что выражается в уменьшении амплитуды и плавности движений, нарастании ригидности, нарушении координации (неловкая походка), уменьшении мышечного тонуса, замедлении движений. Это обусловлено удлинением потенциала действия в миоцитах, замедлением скорости проведения возбуждения, уменьшением силы нервных процессов и ухудшением энергетического обмена в клетках.