В связи с тем что в разных возрастных группах задачи физических упражнений различны, неодинаковы и методы, и средства, применяемые при занятиях ими.
Физические упражнения способствуют гармоническому развитию организма детей, подростков и юношей; они улучшают здоровье и повышают работоспособность людей зрелого и среднего возраста: обеспечивают поддержание работоспособности на достаточно высоком уровне у лиц пожилого возраста; предохраняют от одряхления в старческом возрасте.
В этой главе рассматриваются физиологические особенности детей, подростков и юношей. Физиологическая же характеристика состояния организма и изменений, возникающих при мышечной деятельности у людей зрелого возраста, была дана выше.
Физиологические особенности детей школьного возраста
Систематические занятия физическими упражнениями обычно начинаются в школьном возрасте. Поэтому при описании здесь физиологических особенностей растущего организма главное внимание обращено на этот возраст.
Размеры тела у детей и подростков увеличиваются неравномерно. Рост и развитие происходят тем интенсивнее, чем моложе организм. Это особенно заметно в первые годы жизни. Затем интенсивность роста постепенно ослабевает и только в период полового созревания (у девочек в 12—16 лет, у мальчиков в 14—18) вновь усиливается.
Вес тела, как и рост, возрастает неравномерно. Наибольшее его увеличение отмечается у школьников в те же возрастные периоды, что и повышение роста. Увеличение веса тела обусловлено развитием двигательного аппарата и внутренних органов.
Двигательный аппарат
Развитие костей заканчивается относительно поздно. Например, окостенение фаланг пальцев завершается к 9—11 годам, костей запястья — к 10—13 годам, полное срастание диафизов и эпифизов трубчатых костей — лишь к 15— 25 годам.
Физические упражнения способствуют развитию костного аппарата. Однако если ребенок и подросток выполняют чрезмерную, непосильную для них работу, то это оказывает неблагоприятное воздействие: происходит преждевременное окостенение и прекращение роста трубчатых костей.
Таблица 22
Вес скелетных мышц и их сила (средние данные) в разные возрастные периоды
(по А. В. Молькову)
|
Показатели |
Возраст |
|||||
|
8
|
12 лет
|
15 лет
|
18
|
Взрослые
|
|
|
|
Вес мышц (в % к весу тела) |
27,2 17,5 35,0
|
29,4 25,2 52,0
|
32,6 36,4 92,0
|
44,2 44,1 125,0
|
41,8
|
|
Связочный аппарат у детей и подростков отличается большей эластичностью. Поэтому они обладают большей гибкостью по сравнению со взрослыми.
Скелетные мышцы развиваются пропорционально увеличению общих размеров тела, причем рост мышечной массы несколько опережает развитие силы (табл. 22).
Задержка в развитии силы обусловлена тем, что она зависит не только от толщины мышцы (ее физиологического поперечника), но и от способности включать одновременно в работу максимальное количество двигательных функциональных единиц. Эта способность развивается несколько позднее. Поэтому даже развитые; мышцы школьника не могут выполнять тяжелую силовую работу. Развитие силы мышц обычно заканчивается лишь к 20—25 годам. Ее увеличению способствуют занятия физическими упражнениями. Например. сила кистей рук у школьников - спортсменов заметно больше, чем у их сверстников, не занимающихся спортом (рис. 73).
Рис. 73. Сила кисти (кг) правой (А) и левой (Б) рук у 15-летних школьников (по Ф. Г. Маркусасу); черные столбики — школьники, не занимающиеся спортом; заштрихованные столбики — спортсмены
Возбудимость мышц вполне достаточна для проявления скоростных качеств уже у младших школьников. Развитие быстроты, если в дальнейшем не совершенствовать ее специально, заканчивается к 13— 14 годам. В этом возрасте максимальная частота движений достигает уровня взрослых (рис. 74). Однако в тех случаях, когда быстрота мышечного сокращения должна сочетаться с силовым напряжением (быстрый бег, прыжки в длину и высоту с места), совершенствование движений продолжается и в более позднем возрасте (см. рис. 74).
Выносливость организма к продолжительной работе развивается позднее, чем скоростные качества. Однако при соответствующей тренировке скоростная выносливость может быть уже высокой в подростковом возрасте.
Рис. 74. Возрастные изменения показателей скоростных движений у мальчиков (по В. С. Фарфелю): 1—максимальная частота движений в 1 сек.; 2— средняя скорость бега (м/сек), развиваемая за 10 сек.; 3— высота прыжка с места (см); 4— длина прыжка с места (см)
Управление движениями
Этот процесс обусловлен сложной деятельностью многих отделов мозга. Созревание нервных клеток, участвующих в управлении движениями, заканчивается к 13—14 годам. Поэтому начиная с данного возраста движения могут быть такими же координированными, как и у взрослых. В. С. Фарфель на основании своих многочисленных наблюдений утверждает, что нет такой сложной двигательной техники, которая не была бы доступна подросткам.
Для управления движениями необходима своевременная и точная информация об особенностях работы мышц, о направлении и амплитуде движений. Эта информация обеспечивается проприоцептивной чувствительностью. Система проприорецепторов мышц, сухожилий, суставных сумок и связок и центры, воспринимающие проприоцептивные импульсы, называются двигательным анализатором. Его развитие заканчивается к 13—14 годам. Поэтому подростки могут точно оценивать свои движения, что необходимо при всех видах спортивной деятельности.
По мере развития двигательного анализатора у школьников совершенствуются способности к ориентировке в пространстве и во времени. Это можно проследить, наблюдая за выполнением ходьбы по прямой и более сложных по координации движений школьниками разного возраста. У младших ошибки при выполнении заданных движений очень велики, к 13—14 годам движения становятся такими же точными, как у взрослых (рис. 75).
Рис. 75. Возрастные изменения точности движений в пространстве и во времени у школьников разного возраста (по В. С. Фарфелю); 1—отклонения от прямой при ходьбе с закрытыми глазами (м); 2— ошибки в выполнении движений со сложной координацией
Центральная нервная система (ЦНС)
Процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе отличаются у детей небольшой силой и недостаточной уравновешенностью. С возрастом сила нервных процессов и работоспособность нервных клеток повышаются. Однако у детей и подростков они все еще ниже по сравнению со взрослыми, что необходимо учитывать при дозировке нагрузок. Важное значение имеют оптимальные интервалы отдыха между упражнениями. При их отсутствии может возникнуть переутомление, что отрицательно влияет на развитие организма.
У школьников, особенно младших, процессы возбуждения обычно преобладают над тормозными процессами. При выполнении движений, особенно в начале обучения, происходит широкая иррадиация (распространение) возбуждения. В результате в работу вовлекаются лишние мышцы, и она производится неэкономно. С возрастом способность к развитию торможения в центральной нервной системе повышается.
Преобладание возбудительных процессов у детей и подростков ярко проявляется в предстартовом состоянии. У них, как правило, очень сильно выражены предстартовые реакции.
ЦНС у школьников характеризуется большой пластичностью, т. е. способностью к быстрому формированию условнорефлекторных связей. Этим обеспечивается быстрое усвоение новых движений. Поэтому обучение спортивной технике целесообразно начинать уже в младшем школьном возрасте.
В некоторых видах спорта (фигурное катание на коньках, плавание и др.) к обучению элементам техники можно приступать значительно раньше.
Органы кровообращения
Размеры и вес сердца увеличиваются параллельно с размерами и весом тела (рис. 76). Развитию сердечной мышцы способствуют занятия физическими упражнениями. При этом важнейшим условием является правильный выбор объема и интенсивности нагрузок. Применение чрезмерных нагрузок может сопровождаться чрезмерной гипертрофией сердечной мышцы.
Рис. 76. Изменение веса тела (прерывистая линия) и веса сердца (сплошная линия) у школьников (по М. Д. Большаковой)
По мере развития организма частота сердечных сокращений в состоянии покоя уменьшается, а систолический и минутный объемы крови возрастают. К 15—16 годам эти показатели становятся такими же, как у взрослых. Если дети и подростки систематически занимаются спортом, то минутный объем крови у них увеличивается медленнее, чем у неспортсменов. Это объясняется экономизацией тканевых окислительных процессов при занятиях спортом. В качестве примера в табл. 23 приведены величины минутного объема крови у детей и подростков, с раннего возраста систематически занимающихся плаванием, и у их сверстников-неспортсменов.
Артериальное давление у школьников с возрастом повышается (табл. 24), причем у спортсменов — относительно быстрее, чем у не занимающихся спортом. Например, наблюдения за группой квалифицированных юных пловцов показали, что в 10— 12 лет систолическое давление у них равно в среднем 120 мм рт. ст., после же 13 лет колеблется в пределах 120—130 мм рт. ст., т. е. уже достигает уровня давления, характерного для взрослых.
Таблица 23
Минутный объем крови (л) у юных пловцов и у их сверстников, не занимающихся спортом (по А. В. Козлову)
|
Возраст |
Пловцы |
Не занимающиеся спортом |
|
10—11 12—13 14—16
|
3,7 4,2 4,4 |
4,1 4,6 5,3 |
Таблица 2
Артериальное давление (мм. рт. ст.) школьников (по В. Н. Засухиной)
|
Возраст (в годах) |
Систолическое
|
Диастолическое
|
|
10—11 12 13 14 15 16—17
|
99 100 102 102 106 110
|
54 57 57 57 58 63
|
При выполнении стандартной работы частота сокращений сердца больше увеличивается у младших школьников. Например, если подсчитать сумму сердечных сокращений при 5-минутной стандартной работе на велоэргометре, то оказывается, что она будет наибольшей у 9-летних (рис. 77).
Рис. 77. Сумма сердечных сокращений (сверх данных покоя) при одинаковой работе у школьников разного возраста (по И. Некеру)
Восстановление этого показателя у младших происходит медленнее, чем у старших. Сумма сердечных сокращений за период восстановления становится наибольшей также у 9-летних. Таким образом, по мере развития детей реакции на мышечную деятельность становятся более благоприятными. Однако это касается не всех показателей функционального состояния сердечно-сосудистой системы. Например, сосудистые реакции, возникающие при мышечной деятельности, благоприятнее в младшем возрасте. Ухудшение сосудистых реакций у более старших детей наблюдается лишь в тех случаях, когда они не занимаются регулярно физическими упражнениями. У занимающихся же спортом эффективность сосудистых реакций с возрастом, а следовательно, и с улучшением адаптации организма к мышечной деятельности увеличивается. Это играет важную роль в повышении работоспособности, так как сосудистые реакции обеспечивают рабочую гиперемию мышц.
Исследования физиологических изменений при работе предельной мощности проводились лишь у юных спортсменов. При этом частота сердечных сокращений возрастала значительнее у более молодых, хотя они выполняли работу относительно меньшей мощности, чем старшие (табл. 25). Артериальное давление под влиянием такой работы, наоборот, повышалось значительнее у более старших
Табл ица 25
Частота сердечных сокращений у юных спортсменов при работе предельной мощности (по О. С. Елизаровой)
|
Возраст в годах
|
13
|
14
|
15
|
16
|
17
|
18
|
|
Частота сердечных сокращений в 1 мин
|
205
|
201
|
199
|
191
|
188
|
188
|
Органы дыхания
Увеличение грудной полости и развитие дыхательных мышц способствуют повышению как общей, так и жизненной емкости легких у более старших школьников (табл. 26).
Таблица 26
Жизненная емкость легких у школьников разного возраста (по Н. А. Шалкову)
|
Возраст |
Жизненная емкость легких (мл)
|
Возраст (в годах)
|
Жизненная емкость легких (мл)
|
||
|
мальчики |
девочки
|
мальчики |
девочки
|
||
|
7 8 9 10 11 |
1400 1600 1700 1800 2100 |
1200 1300 1450 1650 1800 |
12 13 14 15 16 |
2200 2200 2700 3200 4200 |
2000 2100 2400 2700 2800 |
Данные, приведенные в табл. 26, показывают, что во всех возрастных группах ЖЕЛ больше у мальчиков. В 12—13 лет девочки почти догоняют по этому показателю мальчиков. Однако с 14 лет он вновь становится значительно больше у мальчиков, чем у девочек. К 15—16 годам ЖЕЛ у юношей и девушек достигает величины, равной средней величине этого показателя у взрослых. Занятия спортом, способствующие интенсивному развитию дыхательных мышц, обеспечивают более быстрое увеличение ЖЕЛ.
Рис. 78. Изменение артериального давления под влиянием работы предельной мощности у школьников разного возраста (по В. С. Фарфелю)
Таблица 27
Потребление кислорода (мл/мин) у школьников разного возраста в состоянии покоя (по Н. А. Шалкову)
|
Возраст
|
Общая
|
На 1 кг веса
|
|
7 10 12 13 14 15 |
132 169 166 177 208 210 |
6,1 6,0 5,0 4,8 4,8 4,6 |
Потребление кислорода, а следовательно, и легочная вентиляция в состоянии покоя увеличиваются с возрастом параллельно нарастанию общей массы тела и развитию скелетной мускулатуры. Однако если рассчитать потребление кислорода на 1 кг веса тела, то оказывается, что с возрастом эта величина снижается (табл. 27). Это обусловлено экономизацией окислительных процессов у более старших детей и подростков.
Частота дыханий с возрастом уменьшается. Увеличение легочной вентиляции при этом обеспечивается углублением дыхания.
Потребление кислорода и легочная вентиляция при выполнении одинаковой (стандартной) работы больше у младших. В качестве примера можно привести наблюдения, в которых определялась легочная вентиляция за весь период работы. Оказалось, что у младших школьников эта величина почти в два раза больше, чем у старших (рис. 79).
Рис. 79. Суммарная величина легочной вентиляции при одинаковой работе у школьников разного возраста (по И. Некеру)
При работе предельной мощности легочная вентиляция больше у более старших, которые выполняют относительно больший объем работы (табл. 28).
Благодаря развитию сердца и легких у юных спортсменов показатель потребления кислорода может достигать у них высоких величин. При работе предельной мощности, когда он становится равным максимальной величине (МПК), у 17-летних спортсменов потребление кислорода повышается до 5 л/мин и более. У 13-летних же этот показатель не превышает в среднем 2,5 л/мин (см. табл. 28). Однако если рассчитать потребляемый кислород на 1 кг веса тела, то разница между спортсменами различного возраста не столь велика. У 17-летних эта величина составляет около 80 мл, у 13-летних—около 70 мл (см. табл. 28). Это говорит о том, что аэробная производительность организма при систематических занятиях спортом может быть очень высокой уже в юном возрасте. Максимальное потребление кислорода зависит от многих факторов. Большое значение при атом имеют минутный объем крови, величина легочной вентиляции, кислородная емкость крови.
Таблица 28
Легочная вентиляция, максимальное потребление кислорода и кислородный пульс у спортсменов 13—18-летнего возраста при работе предельной мощности (по О. С. Елизаровой)
|
Показатели |
Возраст в годах
|
|||||
|
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
|
Легочная вентиляция (л/мин) Максимальное потребление кислорода (л/мин) То же на 1 кг веса (мл) Кислородный пульс (мл) |
64 2.5 68 12 |
95 3,5 73 18 |
109 3,9 76 20 |
127 4,7 77 25 |
142 5,2 84 27 |
153 5,5 84 29 |
Судя по величине МПК, можно считать, что у юных спортсменов сердце и легкие уже достигли высокого функционального развития.
Важным показателем, свидетельствующим о производительности сердца и усвоении кислорода тканями, является, как отмечалось выше, кислородный пульс. Он показывает, какое количество кислорода соответствует каждому сокращению сердца. Например, если в покое организм потребляет 200 мл кислорода в 1 мин., а сердце сокращается за это время 50 раз, то кислородный пульс равен 4 мл.
Кислородный пульс повышается при мышечной деятельности. У взрослых хорошо тренированных спортсменов его величина при работе предельной мощности может возрастать до 30 мл. Примерно такой же кислородный пульс характерен для 16—18-летних спортсменов. У спортсменов младшего возраста этот показатель меньше (см. табл. 28).
Для успешной спортивной деятельности (особенно при динамической циклической работе субмаксимальной и умеренной мощности) большое значение имеет не только аэробная, но и анаэробная производительность организма, т. е. способность выполнять работу при недостаточном снабжении кислородом. О степени адаптации к таким условиям можно судить по времени произвольной задержки дыхания. При этом окислительные реакции в тканях продолжаются, а в крови становится все меньше и меньше кислорода. Чем дольше человек способен задержать дыхание, тем, следовательно, лучше адаптированы ткани его организма к недостатку кислорода. Дети по сравнению со взрослыми могут задерживать дыхание меньшее время, значит, ткани их организма меньше приспособлены к деятельности при пониженном содержании кислорода в крови. Это подтверждается и данными относительно меньшего кислородного долга, при котором могут продолжать работу дети и подростки. Систематические занятия спортом улучшают эту способность. Благодаря этому 17—18-летние спортсмены достигают такой же способности «терпеть» кислородный долг, какая характерна для более взрослых.
Обмен веществ и энергии
Одной из важнейших особенностей подрастающего организма является более высокий обмен веществ и энергии по сравнению со взрослыми. Как уже отмечалось, основной обмен (расход энергии в состоянии полного мышечного покоя, натощак, при температуре окружающей среды 20— 22° С) происходит тем интенсивнее, чем моложе организм. Особенно ярко это выражено при вычислении основного обмена энергии на единицу поверхности тела: расход энергии в состоянии основного обмена на 1 м2 поверхности тела у 10-летних равен 49,5 ккал, у 14—15-летних—46 ккал, у 16—18-летних—43 ккал.
У растущего организма ассимиляционные процессы должны преобладать над диссимиляционными. Только в этих условиях он может развиваться нормально. Поэтому необходимо, чтобы питание школьников было достаточным по калорийности и полноценным по содержанию всех необходимых питательных веществ. Особенно важное значение при этом имеет белковая пища, так как белки являются основным пластическим материалом, из которого строятся ткани организма.
Железы внутренней секреции
Морфологические и функциональные изменения организма, происходящие при его росте и созревании, во многом зависят от деятельности желез внутренней секреции. Эти железы не имеют выводных протоков и продукты своей жизнедеятельности — гормоны выделяют непосредственно либо в кровь, либо в мозговую жидкость.
Для роста организма большое значение имеют гормоны гипофиза. Эта железа расположена в полости черепа, и ее передняя доля вырабатывает специальный гормон, стимулирующий рост молодого организма. Если деятельность гипофиза в детстве недостаточна, то у человека на всю жизнь остается очень маленький — карликовый — рост. Наоборот, если активность гипофиза в детстве чрезмерно велика, то это ведет к гигантизму — рост 240—250 см. Однако у таких высоких людей мышечная сила часто бывает пониженной. Поэтому они быстро утомляются и не могут достичь высоких результатов в спорте.
На рост молодого организма влияют еще и гормоны зобной железы, расположенной в области шеи. Развитие этой железы заканчивается к 8—10 годам, затем она постепенно атрофируется, уменьшается в весе. Гормоны зобной железы способствуют росту ребенка и задерживают развитие половых желез. При уменьшении ее активности ускоряется наступление половой зрелости.
Половое созревание, сопровождающееся значительными морфологическими и функциональными изменениями организма, обеспечивается развитием половых желез, выделяющих специальные гормоны. Развитие этих желез происходит скачкообразно. Половые железы девочек—яичники—остаются очень маленькими и почти не функционируют до 7 лет. С 7 до 14 лет их вес удваивается. При этом усиливается и образование половых гормонов. На 15-м году жизни вес яичников возрастает в среднем в 8 раз, соответственно повышается и их гормональная деятельность. Также неравномерно развиваются половые железы — семенники — у мальчиков.
Половое созревание резко замедляет рост тела и удлинение его трубчатых костей.
О половом созревании обычно судят по появлению и развитию вторичных половых признаков, т. е. тех особенностей, которые непосредственно не связаны с половой деятельностью, но являются характерным отличием мужского и женского организма. К этим признакам относятся особенности в строении скелета, развитии мускулатуры, тембре голоса и др.
В период полового созревания нередко резко изменяется и психика подростка, его поведение. Это обусловлено изменениями высшей нервной деятельности. Очень благоприятное воздействие на организм в это время оказывают регулярные физические упражнения, занятия спортом.
Физиологические особенности детей, подростков и юношей, как уже говорилось выше, должны учитываться при выборе спортивной деятельности и дозировании тренировочных и соревновательных нагрузок. Эти данные подробно излагаются в специальных курсах физического воспитания. Ниже даются лишь некоторые примеры.
В младшем школьном возрасте необходимо совершенствовать координацию движений, развивать быстроту и стимулировать развитие как двигательной, так и сердечно-сосудистой и дыхательной систем организма. В связи с этим рекомендуются занятия фигурным катанием на коньках, настольным теннисом, плаванием.
Несколько позднее (с 9—10 лет) можно начинать занятия акробатикой, спортивной гимнастикой, баскетболом, волейболом и другими видами спорта.
С 12—13 лет разрешается заниматься легкой атлетикой, бегом на лыжах и коньках, футболом, хоккеем и др.
Старшие школьники при хорошем состоянии здоровья могут быть допущены к занятиям любым видом спорта. При этом следует ограничивать лишь очень длительную работу, требующую высокого развития выносливости.
Васильева В. В., Коссовская Э. Б., Степочкина Н. А. Физиология человека / Под ред. В. В. Васильевой. - М.: Физкультура и спорт, 1973. - 192 с. § 55. Физиологические особенности детей школьного возраста. - С. 169-179.