Особенности организма и адаптации к физическим нагрузкам детей среднего и старшего школьного возраста

Гормон роста - соматотропин сохраняется на повышенном уровне у мальчиков, которые продолжают вытягиваться в длину, но у девочек его содержание снижается и их рост замедляется. В мышцах подростка усиленно формируются быстрые и мощные гликолитические волокна, достигая 50% объема мышцы. Это обусловливает высокий прирост силы. Однако повышенные физические нагрузки в этот период угнетают выделение соматотропного гормона и замедляют процессы, полового созревания. Они должны тщательно дозироваться, особенно у девочек.

V стадия завершает 2-ю фазу пубертата (у девонек к 15-летнему возрасту, у мальчиков - к 17-летнему возрасту). Эта стадия определяется достижением зрелого уровня первичных и вторичных половых признаков. Она характеризуется созреванием в мужском организме функционально зрелых сперматозоидов и готовностью женского организма к детородной функции. У девушек происходит созревание в яичниках яйцеклеток и стабилизируется ОМЦ.

Выраженность стадий созревания подростков описывается в баллах полового развития (БПР). Для этого оценивается выраженность вторичных половых признаков, определяется сумма их показателей и сравнивается с табличными нормативами, Значительная перестройка деятельности всей эндокринной системы в переходный период отражается на изменениях во всех органах и системах организма, особенно выраженных. В 1-ю фазу пубертата (на II и III стадиях полового созревания). В этот период повышенная активность подкорковых структур и снижение регулирующих (тормозящих) влияний коры на подкорку, а также дисгармония в эндокринной системе вызывают нестабильность реакций в эмоциональной и психической сфере подростков. Отмечается несогласованность морфологического и функционального развития отдельных органов и систем. Происходит отставание скорости роста сердца от темпов удлинения тела, отставание роста просвета сосудов от повышения мощности сокращений миокарда, отставание на 1 -2 года роста туловища в длину от удлинения конечностей. Эти изменения вызывают временное нарушение координации движений, снижают умственную и физическую работоспособность. Снижение работоспособности связано также с повышением энерготрат при увеличении размеров тела, что снижает возможность энергообеспечения мышечной работы в организме подростка.

Таблица 3Величина бала полового развития у мальчиков и девочек

Совершенствование механизмов теплоотдачи улучшает адаптацию юношеского организма к большому диапазону изменений температур окружающей среды. Терморегуляционные реакции в юношеском возрасте становятся более эффективными и экономичными. В температурном ядре тела к 18-летнему возрасту устанавливается средняя величина температуры тела, соответствующая взрослым.

На протяжении среднего и старшего школьного возраста происходят - перемены в обмене веществ и энергии. Уменьшается преобладание процессов ассимиляции над процессами диссимиляции.

Величина основного обмена у детей этого возраста в расчете на единицу массы тела или поверхности тела заметно снижается. У девочек она ниже, чем у мальчиков, и раньше приближается к уровню зрелого организма. Лишь в пубертатном возрасте основной обмен у девочек временно оказывается выше, чем у мальчиков. Суточная величина основного обмена возрастает у подростков по отношению к детям младшего школьного возраста почти в 1.5 раза, достигая примерно 1300-1400 кал, а в юношеском возрасте приближается к уровню зрелого организма (1700 кал).

Увеличение массы тела и повышение двигательной активности вызывают нарастание и общего объема суточных энерготрат, в среднем школьном возрасте они составляют около 2500-2700 кал, а в старшем школьном возрасте - 2800-2900 кал.

С возрастом происходит и перестройка в процессах обмена веществ. С окончанием роста массы тела падает относительная потребность организма в белках. Положительный азотистый баланс к юношескому возрасту постепенно сменяется азотистым равновесием, характерным для взрослого организма. Относительная потребность в белке (на 1 кг массы тела) с возрастом снижается: в I -3 года - 4-4.5 г, в 6-10 лет - 2.5-Зг, у подростков - 2-2.5 г, у взрослых - 1.5-1.8г. Общая же суточная потребность в белках возрастает с ростом массы тела: у дошкольников - около 70г, в младшем школьном возрасте - 75-80 г, в среднем школьном возрасте - примерно 85-90 г, в старшем школьном возрасте - 90-100 г (как у взрослых).

Аналогичны величины суточной потребности в жирах. У подростков еще достаточно высока потребность в поступлении с пищей жира. В период полового созревания жиры используются для пластических процессов формирования состава тела, а холестерин необходим для синтезирования половых стероидных гормонов. Вместе с тем, избыточное поступление жира при низкой двигательной активности приводит к ожирению. У подростков, характеризующихся избыточными жировыми отложениями, величина основного обмена на единицу массы тела может быть ниже на 20-30% из-за низкой интенсивности процессов обмена в жировых клетках. Сравнительно большим содержанием жира в составе тела объясняется также более низкий уровень основного обмена у женщин по сравнению с мужчинами.

Относительная интенсивность углеводного обмена у подростков снижается, а суточная потребность в углеводах растет: у младших школьников она составляет около 300 г, в среднем школьном возрасте - 340-370 г, в старшем школьном возрасте - около 400 г, у взрослых - 500-600 г. Углеводы обеспечивают в организме подростка как пластические процессы, так и энергетические. Повышение объема двигательной активности подростков увеличивает их потребность в углеводах.

В растущем организме велика потребность в поступлении необходимого количества витаминов и минеральных веществ. Кальций и фосфор нужны для » формирования скелета, железо - для образования гемоглобина. Однако по мере увеличения возраста относительная потребность в воде, витаминах и минеральных веществах снижается.

Итак, у детей среднего и старшего школьного возраста происходят значительные изменения в росте, в функционировании всех органов и систем.

3. Физиологические особенности адаптации детей среднего и старшего школьного возраста к физическим нагрузкам

Период среднего и старшего школьного возраста имеет свои специфические механизмы и закономерности адаптации нагрузкам, связанные с возрастными особенностями развития организма.

3.1 Совершенствование центральной регуляции движений

В среднем школьном возрасте высокого уровня достигает развитие ЦНС, сформированы индивидуальные особенности высшей нервной деятельности, завершается созревание сенсорных систем.

К этому возрасту у подростков сформированы все основные механизмы управления движениями, свойственные взрослому организму – рефлекторное кольцевое управление системой обратных связей и программное управление по механизму центральных команд (предпрограммирование). Это обеспечивает не только совершенство выполнения длительных упражнений, когда возможны коррекции моторных программ по ходу движения, но и выполнение кратковременных двигательных актов – бросков, ударов, метаний, прыжков. Становится возможным начать углубленную специализацию в широком спектре различных видов спорта.

Рассматриваемый период характеризуется тремя качественными перестройками механизмов центральной регуляции движений:

1) значительным усилием межцентральных взаимосвязей в коре больших полушарий,

2) становление ведущей роли ассоциативных третичных полей коры функциональной системе управления движениями;

3) переходом доминирующей роли правого полушария к левому.

В возрасте 10-12 лет происходит важнейший этап в совершенствовании интегративных функций высших отделов мозга – резкое увеличение горизонтальных взаимосвязей в коре больших полушарий. Происходит усиленный рост отростков корковых нейронов, обеспечивающий функциональные связи между нейронами ансамблями различных корковых областей. В результате на протяжении среднего и старшего школьного возраста формируются многочисленные внутрисистемные и межсистемные функциональные взаимосвязи в организме. Совершенствуются зрительно-двигательные, рече-двигательные, вестибуло-моторные и др. рефлексы. Отмечается высокий уровень интеграции деятельности сенсорных систем. Налаживается сочетание различных моторных реакции между собой. Хорошо дифференцируются мышечные усилия. В биомеханической структуре и функциональной организации локомоций (ходьбы, бега) достигается высокая координационная точность. В движениях двумя руками вырабатывается высокая согласованность их пространственных характеристик, в том числе при симметричных движениях. Созревает механизм их временного согласования (так называемый таймерный механизм). Движения рук хорошо согласуются с движениями глаз. Возникает возможность точного произвольного управления отдельными мышцами и даже изолированными двигательными единицами. Управляемость мышечными группами рук, головы и шеи выражена лучше, чем других мышечных групп.

Достигается высокий уровень сочетания двигательных и вегетативных реакций. Налаживается стабильное соответствие темпа шагов и дыхания, тонкое сочетание моторных компонентов двигательных навыков с вегетативными функциями, согласование реакций сердечно-сосудистой и дыхательных систем.

В ЭЭГ эти изменения отражаются в виде достоверного увеличения высокой пространственной и временной согласованности колебаний потенциалов различных корковых зон, что отражает увеличение функционального взаимодействия между этими зонами. Как в состоянии покоя, так и во время работы ЭЭГ детей, подростков и юношей 12-18 лет отмечается значительное число высоких межцентральных корреляций электрической активности.

Втором важнейшим моментом в совершенствовании центральной регуляции движений является высокий уровень созревания ассоциативных третичных полей коры – передних лобных и задних нижнетеменных. Благодаря этому создается функциональная основа для извлечения полезной информации из множества афферентных сообщений, построения сложных многоцелевых поведенческих программ. Становится более точной пространственная ориентация движений, улучшаются процессы экстраполяции, предвидения предстоящих ситуаций.

У 13-летних подростков существенно улучшается переработка информации и повышается эффективность тактического мышления, уменьшается количество ошибочных решений. В возрасте от 10 до 13 лет у подростков достоверно сокращается время принятия решений и общее время решения тактических задач. Эти временные показатели мало изменяются к 16-летниму возрасту, но еще не достигают взрослых величин. В возрасте 12 лет юные спортсмены способны решать более легкие тактические задачи, а в 14 лет – наиболее сложные. Дети в старшем школьном возрасте могут делать правильный выбор из многоальтернативных ситуаций, сохранять высокую умственную работоспособность в напряженных условиях деятельности, в ситуациях с дефицитом времени. Рабочие доминанты, формирующиеся в высших отделах мозга, становятся стабильными, обеспечивая высокую помехоустойчивость юных спортсменов.

Улучшение процессов афферентного синтеза и анализа афферентной информации позволяет подросткам и юношам точнее оценивать интероцептивную и проприоцептивную информацию о функциональном состоянии собственного организма в процессе работы.

Юные спортсмены лыжники, пловцы, специалисты подводного плавания способны давать речевые отчеты о падении оксигенации собственной крови в процессе дыхания в замкнутое пространство при каждых 2% снижения оксигемоглобина, почти точно соответствуя показаниям оксигемографа.

Становится более информативным ощущение усталости. Дети младшего школьного возраста (7-10 лет) в 77% случаев могут сообщить об ощущении усталости лишь после развития регистрируемых объективно признаков утомления. Такое сообщение является мало информативным для педагога и тренера. Подростки 13-15 лет в 40% случаев ощущают наступление утомления в процессе его развития, а юноши 18-19 лет могут ощущать развитие утомления еще до начала появления ранних его признаков. Эта способность помогает правильной раскладке сил спортсмена на дистанции, рациональному управлению функциональными резервами организма.

Начиная с возраста 13-15 лет, участие ассоциативных третичных полей в управлении движениями отражается в ЭЭГ юных спортсменов достоверным увеличением взаимосвязи активности моторных центров рук и ног с задними нижнетеменными областями (зонами афферентного синтеза и пространственной ориентации движений) и передними лобными областями, ответственными за программирование и контроль движений.

Третьим качественным изменением и центральной регуляции движений у детей среднего и старшего школьного возрасти является постепенный переход ведущей функции от правого полушария к левому. У детей дошкольного возраста и младшего школьного возраста основное значение в управлении движениями имеет правое полушарие, функцией которого является комплексный зрительно-пространственный анализ текущей ситуации, преимущественные реакции на непосредственные (первосигнальные) раздражители. Это требует от педагогов и тренеров преимущественного использования методов показа, прочувствования движений.

После 14-15 лет у подростков и особенно в юношеском возрасте ведущую роль играет левое полушарие. Оно обеспечивает более дробный анализ афферентной информации, высокий уровень абстрактно-логических операций, формирование речевой регуляции движений, совершенствование чувства и процессов экстраполяции. Именно в левом полушарии (по данным ЭЭГ) отражается специфика участия различных корковых зон при освоении различных двигательных навыков. В тренировочном процессе большое значение приобретает метод рассказа, словесных инструкций, речевых отчетов.

Рисунок 3. Межцентральные взаимосвязи ЭЭГ левого и правого полушария у велосипедистов разного возраста (по: Сологуб Е.Б. и др., 1984)

Возрастные перестройки центральной нервной системы управления обеспечивают более экономичное и эффективное выполнение работы. Уточняются моторные команды к работающим мышцам и совершенствуются межмышечные координации Усилившиеся переднелобных третичных полей на двигательную деятельность обеспечивает повышение произвольной мобилизации функциональных резервов организма, волевое преодоление утомления и, соответственно, увеличивает длительность работы до отказа.

Возможности участия третичных полей в регуляции движений еще недостаточно развиты у подростков по сравнению с юношами, особенно слабо они выражены в период полового созревания (в 1-ю фазу пубертата). В этот период наблюдается нарушение центральной регуляции движений. Корковые центры широко охватывают процесс возбуждения, нарушая тонкие межцентральные взаимоотношения и координацию движений. Перед стартом у подростков преобладает состояние предстартовой лихорадки. Ухудшаются процессы памяти и выработки двигательных навыков. Затрудняется переделка двигательных динамических стереотипов. Подростки быстро утомляются, особенно при длительной моторной работе.

Рисунок 4.Возрастная динамика участия разных зон левого и правого полушария в управлении движениями (модиф. по: Сологуб Е.Б., Капустин В.С., 1986)

Суммарное количество (в процентах от всех вычисленных) высоких (0,7-1,0) межцентральных корреляций ЭЭГ моторных зон с лобными, нижнетеменными и зрительными зонами у юных фигуристов (п=10 в каждой возрастной группе) во время трехминутного бега на месте в темпе 3 шага в 1 секунду. С окончанием этого периода механизмы управления движениями постепенно приближаются ко взрослому уровню. В 13-14 лет завершается в основном формирование всех сенсорных систем. Совершенствуется поисковая функция глаза, ускоряются сенсорные реакции, уточняется «мышечное чувство» и улучшается точность воспроизведения мышечных усилий, повышается функциональная устойчивость вестибулярной системы.

В юношеском возрасте управление движениями достигает высокого совершенства, позволяя добиться рекордных результатов во многих видах спорта.

3.2 Развитие физических качеств       

Возрастной период от 10 до 17-19 лет характеризуется достижениями максимального развития большинства физических качеств – гибкости, быстроты, ловкости, силы, скоростно-силовых возможностей, а также большими изменениями выносливости, которая достигает максимального развития несколько позже – к 20-25 годам.

Средний и старший школьный возраст особенно благоприятен для физического воспитания, так как соответствует проявлениям многих сенситивных периодов развития физических качеств, т.е. периодов, наиболее чувствительных к тренирующим воздействиям.

Одним из ранних является физическое качество гибкости – суставной подвижности. Совершенствования гибкости, начинающееся в дошкольном и младшем школьном возрасте, продолжается в среднем школьном возрасте. Гибкость подростков тем выше, чем больше длина частей тела. Наиболее высоких значений гибкость достигает к 15-летнему возрасту, после чего без дальнейшей тренировки начинает снижаться. У девочек гибкость выражена лучше, чем у мальчиков.

Весьма благоприятный период развития ловкости отмечается с 7 до 14 лет (с небольшим ухудшением этого качества в пике пубертатного периода). Созревание нижнетеменных третичных областей коры способствует улучшению межсенсорной интеграции и сенсомоторных взаимосвязей, формированию представлений о «схеме тела» и «схеме пространства». В результате улучшается пространственная ориентация движений и, как следствие, телесная и предметная ловкость.

По мере созревания лобных третичных областей коры больших полушарий появляются новые возможности для различных проявлений ловкости: развивается способность формированию новых движений в необычных условиях, улучшается анализ текущей и будущей ситуации, внесение сенсорных коррекций в двигательные программы, временная оценка выполняемых действий. Развитию ловкости способствует совершенствование процессов экстраполяции. После 35-летнего возраста проявления ловкости ухудшаются, особенно нарушаясь в пожилом возрасте.

С 10 до 15 лет резко улучшаются показатели качества быстроты, достигая к 15-летнему возрасту взрослых величин и сохраняясь на этом уровне до 35 лет. В ЦНС подростка увеличивается скорость протекания нервных процессов (лабильность нервной ткани) и повышается подвижность нервных процессов, скорость смены процессов возбуждения и торможения. Это способствует повышению скорости переработки информации в коре больших полушарий. К 12-летнему возрасту заметно укорачивается время простой двигательной реакции, а к 14 годам - время сложной реакции с выбором. Совершенствование центральной регуляции движениями и повышение возбудимости и лабильности мышечного аппарата способствует ускорению моторных актов. К 15-летнемувозрасту достигают взрослого уровня показатели теппинг-теста – 50-60 ударов за 10 с и максимальной скорости бега. Особенно значительно улучшаются скоростные параметры у мальчиков.

Возраст 11-14 лет является сенситивным для развития скоростно-силовых возможностей. В этом периоде имеется наибольший прирост прыгучести, резкости ударов и бросков. К 14-15-летнему возрасту достигается наибольшая высота и дальность прыжков, особенно у мальчиков.

Мышечная сила нарастает в медленном темпе до 11-летнего возраста. Затем наступает замедление темпов ее прироста, связанное с развитием препубертатного периода (11-13 лет у мальчиков) и началом перестроечных процессов в организме. После 14 лет начинается существенный прирост мышечной силы, особенно выраженный у мальчиков и связанный с усиленной секрецией мужских половых гормонов (андрогенов). Становая сила у мальчиков в 12 лет составляет, в среднем, 50-60 кг, в 15 лет – 90-100 кг, в 18 лет – 125-130 кг.

В скелетных мышцах наблюдается миофибриллярная гипертрофия, отражающая процессы усиленного синтеза сократительных белков (актина и миозина) в миофибриллах. Под влиянием развития быстрых мотонейронов в нервной системе происходят изменения в составе мышечных волокон – заметно нарастает объем быстрых и мощных гликолитических волокон II-б типа.

Рисунок 5.

Максимальная сила кисти у нетренированных лиц

Сенситивный период развития качества силы приходится на 14-17 лет. В возрасте 18-20 лет мышечная сила достигает максимальных значений для взрослого нетренированного человека. Обычно сила кисти у мужчин составляет около 70-75% от массы тела, а у женщин примерно 50-60%. При отсутствии специальной тренировки сила сохраняется на этом уровне примерно до 45-летнего возраста. В юношеском возрасте устанавливается характерная для взрослого организма топография мышечной силы, однако коррекцию в нее вносит специфика мышечной тренировки.

Позже других качеств развивается выносливость к длительной циклической работе умеренной мощности. Сенситивный период ее развития приходится на возраст 15-20 лет, когда в достаточной мере созревают функции дыхательной и сердечнососудистой систем, обеспечивающих работу аэробного характера. В 20-25 лет это качество достигает высокого развития и дольше других сохраняется в онтогенезе человека (примерно до 55 лет и более). Статическая выносливость увеличивается меньше, чем динамическая. Она уменьшается в пубертатном периоде, а затем нарастает, особенно к возрасту 18-20 лет.

Таблица 4.Возрастная динамика показателей силы мышц и статической работоспособности у женщин при статических напряжениях (по: Городниченко Э.А., 1983)

В юношеском возрасте на основе значительного развития различных качественных характеристик двигательной деятельности возможна специализация во многих видах спорта и достижение высоких спортивных результатов. Лишь в видах спорта, требующих предельного развития выносливости (бег на длинные и сверхдлинные дистанции, лыжные гонки и др.), высшие достижения появляются в более позднем возрасте – 20-35 лет.

3.3 Особенности энергетики мышечной деятельности и реакций вегетативных систем на физические нагрузки

В растущем и развивающемся организме энерготраты на двигательную активность составляют около половины суточных энерготрат. У мальчиков в 14-15 лет суточная двигательная активность увеличивается более, чем на треть, по сравнению с 8-9 – летними детьми. В 11-15 лет подростки делают 20-30 тысяч шагов в сутки. Их суточные затраты достигают в возрасте 10-12 лет 2200 ккал, в 13-15 лет примерно 3000 ккал. В покое основные энерготраты приходятся на органы с наиболее интенсивным обменом веществ – мозг, печень, почки, а во время работы – на работающие мышцы. С этим связано то, что с увеличением роста мышц и уровня двигательной деятельности резко возрастают энерготраты у подростков.

Основного развития у подростков достигают процессы аэробной энергопродукции. Бурное увеличение мышечной массы, преобладание в мышцах медленных волокон окислительного типа, нарастание в мышцах количества митохондрий и миоглобина, повышение активности окислительных ферментов, улучшение утилизации приносимого кровью кислорода, а также совершенствование механизмов регуляции сердечно-сосудистой и дыхательной систем – все это приводит к повышению аэробных возможностей организма и величины МПК. Если в пубертатном периоде и во II стадии полового созревания у подростков аэробные возможности еще невелики, то на III стадии полового созревания (у девочек в 12-12 лет, у мальчиков – в 13-14 лет) наблюдается их резкое увеличение. На этой стадии прирост МПК (л/мин) у мальчиков составляет примерно 28%, у девочек – 17%. У юных спортсменов прирост МПК еще больше. Максимальных значений абсолютные величины МПК достигают в возрасте 14-15 лет.

Подростки в этот период хорошо приспособлены к выполнению работы аэробного характера – циклических упражнений умеренной мощности (около 70% от МПК). Выполнение нагрузок максимальной и субмаксимальной мощности (90-100% МПК) для них трудно переносимо, так как в этом возрасте недостаточно развиты анаэробные возможности организма.

Рисунок 6.Аэробные возможности мальчиков 8-15 лет (модифиц. По: Тихвинский С.Б., 1972)

Относительные величины МПК (мл/мин.кг) на протяжении среднего старшего школьного возраста (10-17 лет) практически не изменяются. Это связано с тем, что годовые приросты аэробных возможностей не превышают приростов массы тела. Однако у юных спортсменов, имеющих лучше развитые скелетные мышцы, формирующие аэробное энергообеспечение, относительные величины МПК выше, чем у сверстников, не занимающихся спортом.

Относительные величины МПК в женском организме ниже, чем в мужском. У девочек старше 8-летнего возраста относительные величины МПК в среднем школьном возрасте ниже, чем у мальчиков на 12-21%, в старшем школьном возрасте – на 33-39%. Объясняется это тем, что в составе тела у них больше доля жирового компонента, потребляющего незначительное количество энергии.

Стабильные величины относительного МПК очень важны в плане отбора. Так как они не изменяются в процессе тренировки и уже в 9-10-летнем возрасте соответствуют взрослым показателям, то их следует использовать как информативные прогностические критерии для отбора детей в ДЮСШ, особенно в иды спорта, требующие развития выносливости.

После 14-летнего возраста начинается реализация нового этапа генетической программы онтогенеза. Происходит формирование быстрых мотонейронов в ЦНС и развитие быстрых и мощных гликолитических мышечных волокон в скелетных мышцах. К IV-V стадиям полового созревания (15-18 лет) быстрые волокна уже занимают по объему около 50% мышечной массы. Устанавливается характерный для каждого индивида состав (композиция) мышечных волокон. С появлением гликолитических волокон происходит быстрое развитие анаэробных возможностей растущего организма. Сократительная деятельность этих волокон не зависит от работы кислородтранспортной системы (крови, сердечно-сосудистой и дыхательной систем), так как они получают энергию в бескислородных условиях. В результате повышается адаптация юношей и девушек к работе анаэробного характера – к выполнению циклической работы в зоне максимальной и субмаксимальной мощности, силовых и скоростно-силовых упражнений.

Рисунок 7.Возрастная динамика анаэробных возможностей (кислородный долг, мл/кг) и относительная величина МПК (мл/мин/кг) у мальчиков 9-17 лет

Мощность выполняемой работы увеличивается с 11 до 16 лет более, чем на 200 % (для сравнения – увеличение мощности работы с 7 до 11 лет составляет всего 30%). Объем выполненной работы максимальной мощности повышается по сравнению с 7-летним возрастом в 10 лет на 50%, а в14-15 лет – на 300-400%.

За счет достигнутого высокого уровня МПК и улучшения процессов координации в мышечной и вегетативных системах энергообеспечения растет также и аэробная работоспособность юношей – в зонах большой и умеренной мощности.

Однако, экономичность и эффективность их работы еще не достигают взрослых значений. КПД работы, выполняемой на уровне МПК, в14-15 лет составляет всего 65-70% взрослого уровня, а процесс восстановления значительно более длительный. У юношей 17-и лет длительность восстановления в 2 раза превышает время восстановления у 20-летних при той же выполненной работе.

Четко выраженные гормональные и вегетативные перестройки сопровождают выполнение физических нагрузок у детей среднего и старшего школьного возраста.

Адаптация к специфическим упражнениям отражается у систематически тренирующихся детей в более выраженных предстартовых изменениях по сравнению с детьми, не занимающимися спортом. Легче всего предстартовая настройка развивается у подростков и юношей, характеризующихся темпераментом сангвиников, затем – у холериков и у флегматиков. В период полового созревания у подростков из-за высокой возбудимости неровной системы особенно выражены состояния предстартовой лихорадки.

Период врабатывания как в возрасте 7-10 лет, так и в возрасте 15-18 лет характеризуется начальным резким увеличением показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем (на 42,5%) с последующим медленным повышением до необходимого рабочего уровня. Длительность устойчивого состояния при постоянной мощности работы (или оптимального состояния при переменной мощности) короче, чему взрослых, а утомление наступает быстрее. Быстрое наступление утомления, в частности, обусловлено малой переносимостью кислородного дефицита. Величина максимального кислородного долга у подростков меньше, чем у взрослых: в 9-10 лет она составляет всего 0,8-1,2 л, в 12-14 лет – 2-2,5 л (у нетренированных взрослых – 6-10л). В 13 лет величина относительного кислородного долга (в расчете на 1 кг массы тела или 1 м2 поверхности тела) примерно равна 60-70% соответствующего показателя у взрослых.

В системе крови у детей среднего и старшего школьного возраста при физических нагрузках часто возникает II фаза миогенного лейкоцитоза (I-я нейтрофильная), в то время как у взрослых при тех же нагрузках наблюдается лишь I фаза (лимфоцитарная). Большие мышечные нагрузки вызывают неадекватные реакции крови у подростков – они снижают иммунитет организма. При этом в крови наблюдается угнетение активности и снижение количества Т-лимфоцитов, уменьшается количество иммунного белка гамма-интерферона, появляется феномен исчезающих антител.

В связи с незавершенностью роста массы сердечной мышцы и объема сердца у подростков увеличение систолического объема крови не достигает еще взрослых величин. Даже при максимальном нарастании систолического объема при работе его значения лишь в 2 раза превышают уровень покоя, а у взрослых – в 2,5 раза. В возрасте 8-9 лет максимальные значения систолического объема составляют 70 мл, в 10-11 лет – 80 мл, в 14-15 лет – 100-120 мл, у взрослых мужчин 20-22 лет – 140 мл.

Сравнительно небольшим объемом крови, поступающим в кровяное русло за один удар, объясняется то, что нарастание минутного объема крови у подростков еще в значительной мере зависит от преимущественного повышения ЧСС. Лишь после 15-16-летнего возраста величина сдвигов ЧСС при нагрузках несколько снижена. Величина МОК у подростков постепенно повышается: в 10-12 лет она равна 3,2л/мин, в 13-16 лет – 3,8 л/мин, в юношеском возрасте МОК приближается ко взрослому уровню (у взрослых МОК=4,5-5л/мин).

Недостаточная эффективность регуляторных процессов в пубертатный период у подростков отражается особенно заметно в реакциях кровообращения на статические нагрузки. Если при статических напряжениях больших мышечных групп в вертикальной позе они явно недостаточны – наблюдается неустойчивость венозного тонуса, затяжной период восстановления. Это отражает низкую выносливость подростков к подобным статическим нагрузкам.

У нетренированных подростков 14-15 лет оптимальное повышение МОК наблюдается при мощности работы не более 40-50% МПК, а оптимальное повышение минутного объема дыхания – при 70% МПК, т.е. при работе умеренной мощности изменения дыхательной и сердечно-сосудистой систем наиболее эффективны.

С увеличением возраста повышаются функциональные резервы дыхательной системы. При работе на уровне МПК величина МОД (л/мин) увеличивается по сравнению с состоянием покоя в возрасте 8-9 лет в 7-8 раз, в 10-11 лет – в 9-11 раз, в 16-18 лет – в 10-12 раз. Однако эффективность дыхания у подростков и в определенной мере у юношей еще мала. Несмотря на возросший рабочий уровень легочной вентиляции, альвеолярный воздух у подростков насыщается кислородом при вдохе меньше, чем у взрослых. Это обусловлено менее глубоким дыхательным объемом, большим относительным объемом вредного пространства, меньшей выносливостью дыхательных мышц, отставанием роста грудной клетки (и соответственно недостаточной величиной ЖЕЛ), незрелостью регуляторных процессов.

К несовершенству газообмена в легких добавляется еще низкая величина кислородной емкости крови и менее эффективный газообмен в тканях, где невысок коэффициент утилизации кислорода, т.е. малая величина кислорода переходит из артериальной крови в ткани и изначальная его часть уносится венозной кровью обратно. У подростков отмечается менее выгодное соотношение поступления кислорода в легкие и потребление его тканями: у ребенка 8-9 лет и подростка 15-16 лет это соотношение составляет 6:1, а у нетренированного взрослого человека оно равно 5:1 и у тренированного взрослого – 4:1. У взрослых людей каждый литр кислорода при работе на уровне МПК извлекается из 25 л воздуха, а у подростка – из 35 л, т.е. требуемая работа легких почти в 1,5 раза больше, чем у взрослого.

При этом кислородный запах на работу у подростков и юношей выше, чем у взрослых на ту же нагрузку. Отмеченные особенности удовлетворения кислородного запроса свидетельствуют о важности регламентирования физических нагрузок у подростков и юношей.

Форсирование нагрузок особенно в период полового созревания может привести к тяжелым последствиям. У девочек 10-11 лет при больших нагрузках возникает несоответствие электрической и механической систолы сердца в результате нарушения обменных процессов в миокарде. При больших нагрузках возникает патологическая инволюция вилочковой железы, нарушение иммунитета приводит к повышенной заболеваемости детей. Угнетается секреция половых гормонов, нарушается становление и стабилизация ОМЦ.

В связи с отмеченным в процессе физического воспитания требуется тщательное дозирование и индивидуальных нагрузок, контроль за текущим состоянием детей. Постепенное наращивание физических нагрузок в соответствии с возрастными функциональными возможностями развивающегося организма обеспечит рациональное течение адаптационного процесса, сохранение здоровья детей и рост их спортивного мастерства.

4. Влияние спортивной тренировки на развитие функций организма и динамику работоспособности

Систематическое занятие физическими упражнениями вызывают значительные изменения строения и функций организма, повышают его функциональные возможности и способствует развитию физических качеств юных спортсменов.

В коре больших полушарий тренирующегося подростка наблюдается общий подъем функционального состояния (возбудимости и лабильности) корковых нейронов, улучшаются показатели высшей нервной деятельности – сила, уравновешенность и подвижность нервных процессов. Возникающий рост быстродействия мозга отражается в его электрической активности повышением частоты основного ритма покоя – альфа-ритма ЭЭГ. У юных спортсменов 14-15 лет с более высокой частотой альфа-ритма (11-12 колеб./с) наблюдается большая частота тепинг-теста и более высокая с меньшей частотой альфа-ритма (8-9 колеб./с).

По мере роста специальной работоспособности в ЦНС юного спортсмена происходят специфические изменения, отражающие формирование новых двигательных навыков. Нервные клетки начинают работать более ритмично и стабильно. Активность отдельных нейронов синхронизируется с соседними нейронами для участия в управлении конкретными движениями. Тем самым создаются особые кокковые функциональные системы, отражающие в своем составе специфику освоенного двигательного навыка, а при циклической работе – темп движений («меченные ритмы» ЭЭГ).

Проявление этих корковых функциональных систем в ЭЭГ усиливается у юных спортсменов по мере повышения возраста и спортивного мастерства, а их особенности проявляются не только во время работы, но и при ее мысленном выполнении (представлении движения), а также в предстартовом состоянии, демонстрируя степень освоения навыка и специфическую преднастройку мозга.

В процессе адаптации к физическим нагрузкам совершенствуется регуляция кровеносных сосудов мозга. У подростков и юношей, адаптированных к значительным статистическим напряжениям в процессе занятий тяжелой атлетикой, отмечается более стабильный к такой работе сверстников.

Таблица 5. Динамика межцентральных взаимосвязей в коре больших полушарий у одних и тех же юных спортсменов-фигуристов на протяжении 5-летней тренировки (показано среднее число высоких 0,7 – 1,0 корреляций потенциалов в ЭЭГ отдельного спортсмена в % от общего числа просчитанных корреляций) (по: Капустин В.С., 1984)

Высокое нервно-психическое напряжение сказывается отрицательно на возможности сохранять устойчивую работоспособность. Например, более высокая эмоциональная и информационная нагрузка в индивидуальных уроках тактической направленности по сравнению с уроками технической направленности у юных фехтовальщиков приводит к более быстрому развитию утомления и значительно сокращает работу до отказа.

Вместе с тем, чем выше квалификация юных спортсменов, тем большей способностью они обладают к произвольной мобилизации функциональных резервов для преобладания утомления, особенно в условиях работы с повышенной мотивацией. Они выполняют при этом значительно больший объем работы, чем нетренированные сверстники, но испытывают более глубокое утомление и нуждаются в более длительном отдыхе.

Высокая способность к волевому преодолению развивающегося утомления у юных спортсменов обеспечивается более мощными рабочими доминантами в ЦНС, высокой возбудимостью симпатической нервной системы, наличием у них значительных гормональных резервов (например, величина суточной секреции адреналина и норадреналина во много раз превышает нормы нетренированных детей) и значительной продукцией нервными клетками стимулирующих нейропептидов.

Уже в 12-14-летнем возрасте юные спортсмены четко дифференцируются по целому комплексу психофизиологических особенностей на два различных типа, которые совершенно необходимо учитывать при выборе генетически адекватного вида спорта, стиля соревновательной деятельности и амплуа спортсмена (атакующий или контактный или разыгрывающий в волейболе и т.п.). На самых начальных этапах спортивной тренировки следует также самым тщательным образом определить ведущую руку и ногу спортсмена для адекватного выбора вооруженной руки в фехтовании, теннисе, хоккее, правосторонней или левосторонней стойки в боксе, бьющей ноги в футболе, таеквондо, кикбоксинге т.п. Неадекватный выбор приводит к замедлению и остановке роста спортивного мастерства, создает напряженность в организме, связанную с организацией компенсаторных реакций, и угрожает здоровью спортсмена.

Физические упражнения оказывают положительное влияние на развитие сенсорных систем. Юные спортсмены отличаются точностью кинестетических ощущений, которые выше на наиболее тренируемых мышцах и суставах. При воспроизведении заданных углов сгибания в локтевом суставе (без визуального контроля) фехтовальщики делают в 3 раза меньше ошибок, а лыжники в 2,5 раза меньше ошибок при сгибании в коленном суставе, чем нетренированные подростки. Юные баскетболисты практически точно воспроизводят с закрытыми глазами угол вращения в лучезапястном суставе. Диапазон точно воспроизводимых (без визуального контроля) заданных углов в плечевом и бедренном суставе гораздо более широк у высококвалифицированных юных спортсменов, специализирующихся в таеквондо, чем у нетренированных сверстников.

Юные футболисты отличаются более обширным полем зрения. Совершенствование поисковой функции глаза позволяет юным борцам, боксерам, подросткам, специализирующимся в игровых видах спорта, мгновенно схватывать наиболее значимую информацию и быстро на нее реагировать. Высококвалифицированные юные фигуристы демонстрируют великолепную вестибулярную устойчивость, выполняя за 55-минутную тренировку до 500 вращений без каких-либо нарушений координации. Опускаясь на пол после вращений на установке «Вертикаль», они почти мгновенно могут принимать стабильную позу, а у нетренированных подростков это «время нерешительности» занимает несколько секунд.

В среднем и старшем школьном возрасте особенно значительно спортивная тренировка влияет на развитие опорно-двигательного аппарата. В наиболее нагруженных костях скелета заметно увеличивается толщина и плотность костей, степень их минерализации. Мышечная масса и сила преимущественного нарастают в наиболее тренируемых мышцах, создавая специфику топографии мышечной силы, характерную для каждого вида спорта.

В процессе многолетней спортивной тренировки в скелетных мышцах увеличивается объем быстрых гликолитических волокон типа II-б (анаэробных). Возможно также, что под влиянием скоростно-силовых физических упражнений многие волокна промежуточного типа (II-а, окислительные, аэробные) приобретают свойства волокон типа II-б (гликолитических). Показано, что у 12-летних спортсменов объем быстрых и мощных мышечных волокон в составе скелетных мышц достоверно превышает этот показатель у незанимающихся подростков (59% против 51%). Эти особенности коррелируют у юных спортсменов с большей (в 3 раза) концентрацией в крови гормона тестостерона в состоянии покоя (5,8 нМ/л против 1,8 нМ/л) и большей концентрацией лактата при анаэробной работе.

Повышение мышечной силы часто сопровождается чрезмерным усилием тонуса напряжения без достаточной способности к расслаблению мышц. Такие соотношения снижают амплитуду движений, препятствуют росту работоспособности мышечного аппарата, приводят к быстрому утомлению мышц. У 13-14-летних футболистов в 4-х главной мышце бедра отмечали наибольшее увеличение амплитуды тонуса за счет более выраженного нарастания тонуса напряжения, а улучшение показателей расслабления наступило лишь после 16 лет, при переходе в команду мастеров. Подобные изменения являются результатом усиленной изометрической тренировки силы без необходимого внимания к упражнениям на расслабление.

Увеличение тощей массы тела сопровождается у юных спортсменов уменьшением содержания жира, особенно заметным у представителей зимних видов спорта (до 7-8% от массы тела). Чем меньше у них процент жира в составе тела, тем выше физическая работоспособность.

Систематические тренировки оказывают неоднозначное влияние на темпы роста и развития организма детей. У девочек-ретарданок, занимающихся гимнастикой, многолетние тренировки усиливают отставание их биологического возраста от паспортного (меньше стандартных величин масса и длина тела, более позднее появление менархе и пр.). Лишь к 16-летниму возрасту они начинают догонять сверстниц. В противоположность этому у пловцов-акселератов увеличиваются темпы развития (нарастают проявления акселерации), они в 13-летнем возрасте на 2-3 года и более опережают сверстников по многим показателям. Многие юные баскетболисты в 13 лет достигают показателей 17-18 летних юношей, опережая однолеток на 4-5 лет.

Перестройки соматических функций организма сопровождаются изменениями вегетативных показателей у юных спортсменов.

Развитие массы сердечной мышцы и увеличение объема сердца повышает аэробные возможности организма. В системе дыхания под влиянием длительной тренировочных занятий повышается эффективность и экономичность дыхательной функции, увеличивается ЖЕЛ (на 123% против должных величин), что обеспечивает быстрый рост МПК. Снижается чувствительность дыхательного центра к недостатку кислорода (гипоксии) и избытку углекислого газа (гиперкапнии). Это позволяет существенно увеличить переносимость кислородного долга и продлить задержку дыхания.

При адаптации организма юных спортсменов к работе переменной мощности показатели сердечно-сосудистой и дыхательной системы становятся более подвижными, точнее следует за текущими изменениями мощностей нагрузки.

Большое значение в адаптации к аэробной и смешанной аэробно-анаэробной работе имеет повышение кислородной емкости крови. Показано, что увеличение работоспособности юных бегунов на средние дистанции коррелирует с увеличением количества эритроцитов, гемоглобина и содержанием железа в крови. У 10-11-летних пловцов отмечалось повышенное содержание эритроцитов в крови и достоверное повышение физической работоспособности на протяжении годичного тренировочного цикла.

Таблица 6.Физическая работоспособность и количество эритроцитов в крови у юных пловцов и нетренированных мальчиков 10-11 лет в начале и конце учебно-тренировочного года (по: Еремеев В.Я. и др., 1983)

Юные спортсмены-лыжники I разряда в возрасте 16-17 лет, имевшие в состоянии покоя высокое содержание в крови эритроцитов (до 5,12*1012/л) и гемоглобина (до 168 г/л), а также большую величину ЖЕЛ (до 5,7 л), показывали очень высокие функциональные изменения при выполнении велоэргометрических нагрузок, характерные лишь для высоквалифицированных взрослых спортсменов: максимальная мощность работы у них достигала 400 Вт, относительные величины МПК составляли 73,6 мл/мин*кг, ЧСС возрастала до 240 уд/мин, систолическое АД поднималось до 200 мм РТ. Ст., а концентрация лактата доходила до 26,5 мМоль/л.

Подобные высокие показатели доступны юным спортсменам только после окончания периода полового созревания, а на протяжении переходного периода они, чаще всего, испытывают временное снижение работоспособности, связанное с перестройкой функций в организме. Временное снижение физической работоспособности юных спортсменов в период полового созревания (особенно в III фазу) наблюдается несмотря на продолжение систематических тренировок. После окончания этого периода снова показатели работоспособности превышают данные малоподвижных подростков и юношей.

Многочисленными работами продемонстрировано, что рациональное построение тренировочного процесса приводит к улучшению сопротивляемости юного организма инфекционным и простудным заболеваниям, снижает их количество и продолжительность, уменьшает возможность осложнений.

Изучение механизмов адаптации юных спортсменов к физическим нагрузкам показало, что этот процесс сугубо индивидуален, зависит от множества морфофункциональных и психофизических показателей молодого организма, которые довольно жестко контролируются генетически. Тренерам и педагогам, а также самим спортсменам необходимо помнить, что совершенствование функциональной подготовленности юных спортсменов требует обязательного учета индивидуальных особенностей каждого организма, его возрастных возможностей, врожденных пределов изменчивости строения и функций под влиянием физических нагрузок. Лишь в этом случае, возможно, обеспечить планомерное нарастание спортивного мастерства, не ухудшая процессов роста и развития и сохраняя на высоком уровне здоровье юного спортсмена.

Рисунок 8.

Возрастная динамика физической работоспособности юных футболистов по отношению к работоспособности нетренированных сверстников, принятой за 100%.

Заключение

Период среднего и старшего школьного возраста имеет свои специфические особенности развития. Изменения происходящие в этот период затрагивают все системы органов. Изменяются все структуры ЦНС, продолжается активное развитие промежуточного мозга, мозжечка, коры больших полушарий, возрастает роль левого полушария (у правшей), совершенствуется абстрактно — логическое мышление, повышается острота зрения, расширяется поле зрения, повышается острота слуха, улучшается скорость и точность восприятия речи. В среднем и старшем школьном возрасте полностью формируется система кровообращения, растёт масса и объём сердца, увеличивается МОК, снижается ЧСС, растёт просвет сосудов. Совершенствуется дыхательная система, увеличивается длительность дыхательного цикла, возрастает дыхательный объём, снижается частота дыхания. К старшему школьному возрасту все основные функции пищеварительной системы завершают своё развитие, адаптируя организм к приёму различной смешанной пищи и хорошее усвоение. Заканчивается функциональное созревание процессов мочеобразования - фильтрация и ребсорбция. Наиболее значительные изменения происходят в железах внутренней секреции, гормоны которых влияют на развитие сердечно -сосудистой, половой, дыхательной, нервной систем, обмена веществ. В среднем «школьном» возрасте происходит «возрастная» активизация гипофиза, надпочечников и половых желез.

Средний и старший школьный возраст особенно благоприятен для физического воспитания, так как такие дети наиболее чувствительны к тренирующим воздействиям. Систематические занятия физическими упражнениями вызывают значительные изменения строения и функций организма, повышают функциональные возможности и способствуют развитию физических качеств.

Занятия физической культурой и спортом благоприятно влияют на поведение детей, делают их менее внушаемыми и самостоятельными, что помогает избегать негативного влияния других людей. Поэтому важнейшим средством профилактики вредных привычек являются занятия физкультурой. Правильно организованные занятия физическими упражнениями способствует сохранению и укреплению здоровья детей среднего и старшего школьного возраста.

Список использованной литературы

1.Васильева В.В. и др. Физиология человека - М., «Физкультура и спорт». 1973.

2.Ермолаев Ю. Л. Возрастная физиология. М., СпортАкадемПресс. 2001

3.Ингрем К., Тейлор ДЖ. Экспериментальная физиология / Пер. с англ. М., Физкультура и спорт. 1974.

4.Коробков А. В. Чеснокова С. А. Атлас по нормальной физиологии. М., Медицина. 1986.

5.Леонтьева Н. Н., Маринова К. В., Каплун Э. Г. Анатомия и физиология детского организма. М. Медицина. 1976.

6.Маршал Р. Д. Шеферд ДЖ. Т. Функция сердца у здоровых и вольных. М., Медицина. 1972.

7.Смирнов В. М., Дубровский В. И. Физиология физического воспитания и спорта : Учеб. Для студ. сред, и высших учебных заведений. - М. : Изд - во ВЛАДОС - ПРЕСС, 2002.

8.Смирнов В. М. Нейрофизиология и высшая нервная деятельность детей и подростков. М., Академия. 2000.

9.Смирнов В. М. Особенности физиологии детей. М., Академия. 1993.

10.Солодков А. С., Сологуб Е. Б. Физиология человека. Общая, Спортивная, Возрастная,: Учебник. Изд. 2-е, испр, И доп. - М.: Олимпия Пресс, 2005.

11.Уилмор Д., Костилл Д. Физиология спорта. Киев. Олимпийская литература. 2001.

12.Маркосян А. А. Физиология. М., Медицина. 1989.

13.Матюшонок М. Т. Турик Г. Г. Физиология и гигиена детей и. подростков. Минск. Высшая школа. 1985.

14.Чусов Ю. Н. Физиология человека. М., Просвещение. 1991.