Развитие мышечной системы и двигательной деятельности в онтогенезе

Синтез белков мышечной ткани, определяющий начало формирования мышечной системы в онтогенезе, начинается на 5-й неделе внутриутробного развития. К моменту рождения и на протяжении первого года жизни мышцы ребенка составляют не более 25% массы его тела; мышечные волокна значительно тоньше, поперечная исчерченность выражена слабо. У новорожденного ребенка тонус мышц-сгибателей значительно превышает тонус мышц-разгибателей, что обусловливает специфическую позу новорожденного с приведенными к туловищу и согнутыми ручками и ножками. Двигательная активность новорожденного непроизвольна, хаотична.

Вектор развития скелетной мускулатуры определяется краниокаудольным градиентом', в первую очередь координация движений проявляется у мышц челюстей и щек, обеспечивающих жизненно необходимый акт сосания; затем у мышц шеи, что выражается в удерживании головы; потом формируются движения мышц плеча и предплечья и хватательные движения кисти; затем поэтапно развивается координация движений туловища и нижних конечностей. Соответственно этому можно наблюдать основные этапы развития двигательных навыков ребенка на первом году жизни: сначала — активное сосание, затем в 2—3 месяца ребенок начинает удерживать головку в вертикальном положении и приподнимать туловище в положении лежа на животе, в 4—5 месяцев — хватать подвешенную над кроваткой игрушку, в 5—6 месяцев — переворачиваться, ползать и сидеть, а в 11 — 12 месяцев делать первые самостоятельные шаги.

Начиная с первых месяцев жизни важной функцией скелетной мускулатуры является участие в процессе терморегуляции. Изменение температуры окружающей среды служит стимулом двигательной активности — в прохладном помещении ребенок совершает больше двигательных актов. В этот период мышцы ребенка активны постоянно, даже во время сна они находятся в состоянии повышенного тонуса. Это приводит к быстрому росту мышечной массы, способствует правильному формированию суставов и благоприятному нервно-психическому развитию. Мышцы у ребенка относительно слабые; в дальнейшем их сила больше увеличивается у мальчиков, чем у девочек. Развитию координации и силы мышц способствуют гимнастика и массаж, которые необходимо проводить со второго месяца жизни ребенка.

Важную роль в развитии мышечной системы на протяжении всего детства играет сбалансированное полноценное питание, обеспечивающее поступление необходимых для формирования костной и мышечной ткани питательных веществ (прежде всего белков, солей кальция и фосфора, витамина D). Вторым существенным условием ее оптимального развития является рациональный режим статических и динамических нагрузок, обеспечение достаточной двигательной активности. Для его соблюдения необходима правильная организация бодрствования, включающая наряду с физическими упражнениями время для подвижных игр.

К 3 годам тоническая мускулатура, обеспечивающая удержание позы, в основном сформирована. В дальнейшем ее развитие идет по пути увеличения функциональных возможностей, активно развиваются сила и быстрота мышечных сокращений. Низкие функциональные возможности мышечной системы детей раннего возраста обусловливают характерные особенности их движений: медлительность, относительная плавность, отсутствие резких рывков, отсутствие фазы полета во время бега из-за слабого развития мышц ног. В этот период интенсивно развиваются мышцы рук, обеспечивающие тонкие движения пальцев. Мышцы годовалого ребенка обеспечивают ему прямохождение в невысоком темпе, он постепенно осваивает координацию более сложных двигательных актов, таких как бег и прыжки, к 3 годам он передвигается уже более быстро, но в связи с незрелостью двигательных нервных центров не обладает силой, быстротой и выносливостью. Тонус мышц-сгибателей в раннем детстве выражен лучше, чем тонус разгибателей, особенно хорошо в этом возрасте развиты мышцы, обеспечивающие сгибание в локтевом суставе, и сгибатели кисти.

В период с 3 до 6 лет увеличиваются ловкость и гибкость, сила и быстрота движений, в беге появляется фаза полета, постепенно созревают нервные центры, управляющие мышечной координацией. Происходит дальнейшее развитие мышц рук и формируются точные движения, позволяющие формировать навыки конструирования, рисования, лепки, вырезывания, а затем письма. К 5 годам более интенсивно развиваются мышцы-разгибатели, увеличивается их тонус, в результате чего ребенок более длительное время может удерживать статическую позу стоя или сидя.

На протяжении дошкольного периода число миофибрилл в мышечном волокне увеличивается в 15—20 раз, интенсивно растут сухожилия, продолжается увеличение количества соединительной ткани, выполняющей опорную, питательную и защитную функции.

Низкая устойчивость к нагрузкам ребенка 3—6 лет обусловлена свойственной для этого возраста генерализованностыо физиологических реакций, когда организм реагирует на внешние воздействия выраженной активацией всех физиологических систем. Такой способ реагирования неэкономичен, сопровождается быстрым исчерпыванием ресурсов, сокращает время полноценного функционирования. В результате организм дошкольника при физических нагрузках не обладает функциональными возможностями для длительного поддержания устойчивых состояний, быстро утомляется. Особенно низкой является устойчивость к статическим нагрузкам, в том числе к сидению за столом.

В младшем школьном возрасте в организме происходят морфофункциональные преобразования, создающие благоприятные условия для длительного поддержания работоспособности, в том числе существенно меняются возможности скелетных мышц. Динамика работоспособности в младшем школьном возрасте отражает повышающуюся надежность функционирования организма ребенка. Дети младшего школьного возраста могут относительно длительно и устойчиво поддерживать функциональную активность, продуктивность работы у них увеличивается в четыре раза по сравнению с детьми дошкольного возраста, максимум игровой двигательной активности также приходится на возраст 8—9 лет. Младший школьный возраст является сенситивным для формирования физической целенаправленной деятельности, лежащей в основе спортивных достижений.

Эластичность мышц у детей раннего возраста высокая и постепенно с возрастом уменьшается, а упругость и прочность мышц, напротив, повышается. Сила мышечного сокращения возрастает в результате увеличения общего поперечного сечения миофибрилл, ее интенсивность имеет гендерные различия, которые становятся более выраженными и отчетливыми после 7—8 лет. В младшем школьном возрасте (7—9 лет) мальчики и девочки имеют одинаковую силу большинства мышечных групп, у девочек ниже только сила мышц, разгибающих туловище (становая сила), однако к 10—12 годам у девочек становая сила опережает таковую у мальчиков. В дальнейшем разница в силе увеличивается, однако этот процесс идет неравномерно: у девочек к 10—12 годам мышечная сила возрастает весьма интенсивно и они нередко становятся сильнее мальчиков, затем отмечается превышение силы у мальчиков, достигающее впоследствии 30%. Завершается формирование типичного для взрослого человека соотношения силы мышц к 16—17 годам.

В подростковом периоде отмечается снижение мышечной работоспособности и выносливости, так как скелетные мышцы конечностей интенсивно растут, энергетический обмен в них становится более напряженным и менее устойчивым, а рост систем жизнеобеспечения (кровообращения, дыхания, регуляции) может несколько отставать. Непропорциональный рост костей и мышц может приводить к снижению ловкости и координированности движений. Постепенно благодаря изменениям в функционировании дыхательной и кровеносной систем увеличивается кислородное обеспечение скелетных мышц, обменные процессы становятся более эффективными, это приводит к возрастанию физических возможностей подростков. К 15 годам развитие регулирующего влияния нервной системы на мышцы приводит к тому, что у подростков нормализуется координация движений, которые становятся более точными, в этом возрасте уже могут успешно формироваться рабочие двигательные навыки.

В конце периода полового созревания мышечные волокна интенсивно развиваются под влиянием половых гормонов (тестостерона), особенно у юношей. В первую очередь быстро увеличиваются в поперечнике так называемые быстрые волокна, обладающие мощным сократительным аппаратом; их созревание вместе с созреванием влияющих на них нервных центров повышает скорость двигательной реакции, позволяет совершенствовать силу, ловкость и координацию движений. Исчезает угловатость подростка, формируется пластический рисунок движения, возрастает мышечная работоспособность. В возрасте 20—21 года человек может выполнить объем работы в 20—30 раз больший, чем в 9—10 лет. Такое увеличение работоспособности связано как со структурными изменениями мышц, так и с оптимизацией гормональной и нервной регуляции двигательных актов. Рост поперечника мышечных волокон продолжается до 18 лет, развитие сосудистой системы и иннервации мышцы — до 25—30 лет. После 50—60 лет вследствие дегенеративных процессов в организме кровоснабжение и иннервация мышечной ткани снижаются, приводя к снижению физиологического ресурса при нагрузке, создаются предпосылки для неблагоприятного (патологического) реагирования на избыточные нагрузки. В то же время систематические занятия физической культурой позволяют длительно поддерживать на высоком уровне функциональную активность мышц.

Возрастная изменчивость двигательных качеств. Важным показателем возможностей мышечной системы является работоспособность мышц — потенциальная способность человека к максимуму физического усилия при статической, динамической или смешанной работе. В дошкольном возрасте изучение возрастных особенностей работоспособности, как и других двигательных качеств мышечной системы, затруднено в связи с недостаточно развитой произвольностью усилия. Исследования изменений мышечной работоспособности у детей в возрасте от 7 до 18 лет показывают отчетливое ее снижение в период от 7—9 до 10—12 лет, которое сменяется постепенным повышением уровня функционирования двигательного аппарата: координации мышечной деятельности нервной системой, лабильности мышц (число потенциалов возбуждения, которое мышца способна провести за 1 с) и скорости восстановления после физической нагрузки. Изучение этого вопроса имеет большое практическое значение для обоснования рационального режима деятельности и отдыха. По мере старения организма работоспособность мышц уменьшается, снижаются сила и скорость их сокращений, выносливость.

Сила мышечного сокращения развивается неравномерно в разные периоды онтогенеза в различных группах мышц. С 6—7 лет опережающий характер имеет развитие силы сгибателей туловища и бедра, а также мышц, осуществляющих подошвенное сгибание стопы. С 9—11 лет ситуация изменяется: наибольшими становятся показатели силы при движении плечом и наименьшими — кистью, значительно увеличивается сила мышц, разгибающих туловище и бедро. В 13—14 лет это соотношение снова изменяется: сила мышц, выполняющих разгибание туловища, бедра и подошвенное разгибание стопы, вновь возрастает.

Быстрота движений — способность выполнять различные действия в наиболее короткий отрезок времени — определяется состоянием мышечного аппарата и воздействием центральных регулирующих механизмов, т. е. быстрота движений тесно связана с подвижностью и уравновешенностью процессов возбуждения и торможения в нервной системе. С возрастом быстрота движений нарастает и достигает максимума к 14—15 годам. Быстрота движения тесно связана с силой и выносливостью, а также зависит от уровня развития нервных центров и проводящих нервных путей, определяющего скорость передачи возбуждения от нейронов к мышечным волокнам.

Выносливость — способность мышцы продолжать работу при нарастающем утомлении, она определяется временем, в течение которого мышца способна поддерживать определенное напряжение. Статическая выносливость определяется по времени сжимания рукой кистевого динамометра с силой, равной половине от максимальной. С возрастом она значительно увеличивается: у мальчиков 17 лет этот показатель в два раза превышает аналогичный у семилетних, а достижение взрослого уровня происходит только к 30 годам. К старости выносливость вновь снижается в несколько раз. Развитие выносливости в онтогенезе не имеет прямой связи с развитием силы: так, наибольший прирост силы происходит в 15—17 лет, а максимум повышения выносливости — в возрасте 7—10 лет, следовательно, быстрое развитие силы замедляет развитие выносливости.

Произвольные движения, лежащие в основе целенаправленной деятельности человека, становятся возможными в результате развития в онтогенезе координированной работы мышц. Возможности координации движений у маленького ребенка несовершенны. По мере роста и развития ребенка происходит не просто совершенствование координации движений, но и замена одних механизмов другими. Так, в движениях ног сначала возникает перекрестно-реципрокная координация, облегчающая попеременное движение ногами (ходьба, бег), и лишь к 7—9 годам формируется симметричная координация движений, сменяющая предыдущую (перекрестно-реципрокную) схему путем торможения и облегчающая одновременные движения ног. Основным механизмом регуляции точности движений является ироприорецептивная чувствительность («мышечное чувство»), а также другие органы чувств, обеспечивающие пространственную ориентацию.

Двигательная функция продолжает претерпевать изменения и по окончании периода детства достигает в зрелом возрасте наиболее полного развития и переживает инволютивные изменения в периоде старения. С возрастом постепенно уменьшаются все функциональные показатели, наиболее значительно снижается быстрота движений, в меньшей степени изменяются показатели мышечной силы.

Таким образом, в ходе онтогенеза задолго до рождения и вплоть до глубокой старости двигательная функция и отдельные ее составляющие развиваются интенсивно и неравномерно. Необходимо учитывать, что особенности развития двигательной функции на каждом возрастном этапе определяются не только возрастным фактором, но и конкретными условиями, в которых формируется двигательная функция, в значительной мере зависят от внешних и внутренних воздействий, влияющих на ее становление.