К основным двигательным качествам человека относятся сила, скорость, выносливость и координация движений. Их развитие происходит асинхронно.
Максимально возможную силу сокращения мышца развивает при одновременном выполнении трех условий:
1) активации максимально возможного количества двигательных единиц (ДЕ) и, следовательно, мышечных волокон данной мышцы;
2) тетаническом сокращении двигательных единиц;
3) ее исходной длине, соответствующей состоянию покоя.
Максимальная произвольная сила мышц зависит от числа мышечных волокон, составляющих данную мышцу, и от их толщины. Число и поперечные размеры волокон определяют площадь поперечного сечения мышцы (ее анатомический поперечник) и в целом ее возможности развивать максимальную величину усилия. Измерение МПС осуществляется при произвольном усилии мышц, то есть в тестах с заданием максимально сократить исследуемые мышцы. МПС зависит от двух групп факторов: мышечных (периферических) и ретуляторных (центрально-нервных).
К мышечным (периферическим) факторам относят:
1) механические условия воздействия мышечной тяги, передающейся на кости скелета (т.е. плечо действия мышечной силы и угол приложения этой силы к костным рычагам);
2) длину мышцы, поскольку сила сокращения ее зависит от исходной длины;
3) площадь поперечного сечения активируемых мышц, т. к. при прочих равных условиях сила мышцы тем больше, чем больше ее поперечные размеры;
4) композицию мышц.
К регуляторным (центрально-нервным) факторам относят механизмы внутримышечной и межмышечной регуляции.
Механизмы внутримышечной регуляции силы определяют число одновременно активируемых двигательных единиц, частоту импульсации двигательных мотонейронов спинного мозга данной мышцы, синхронизацию активации различных ДЕ мышцы во времени.
|
Сила сокращения (в том числе и МПС) любой мышцы и их группы зависит также от совершенства нервной регуляции сокращения большого количества «смежных» мышц, то есть от совершенства межмышечной координации. Этот вид управления движениями человека заключается в адекватном выборе необходимых мышц-синергистов, в ограничении активности «ненужных» мышц-антагонистов и в усилении активности мышц-антагонистов, обеспечивающих ограничение движения в смежных с несущими основную двигательную функцию суставах. Все это осуществляется механизмами межмышечной регуляции двигательных функций.
Развитие мышечной силы в онтогенезе происходит неравномерно. На разных возрастных этапах наблюдаются периоды ускоренного прироста силы, замедления и стабилизации силы мышц. Увеличение силы у мальчиков обусловлено повышением концентрации в их крови андрогенов (12-13 лет), что приводит, как указывалось выше, к росту мышечной массы. Одновременно завершается формирование суставно-связочного аппарата, совершенствуется система управления движениями. Степень прироста силы различных мышечных групп зависит от возраста. Так, в 6-8 лет наиболее интенсивно увеличивается сила мышц-сгибателей бедра, туловища, стопы и предплечья. В пубертатном периоде возрастает сила мышц-разгибателей. К 16-17 годам достигается соответствие силовых качеств мышц-сгибателей и разгибателей, характерное для взрослых людей.
|
Увеличение мышечной силы зависит не только от возраста, но и от пола человека. В возрасте 7-8 лет мальчики и девочки имеют одинаковую силу большинства мышечных групп. В дальнейшем разница в силе мышц у мальчиков и девочек увеличивается и к 17-18 годам достигает максимума.
Максимальные показатели силы мышц наблюдаются в возрасте 20-40 лет. В дальнейшем сила мышц начинает снижаться, т. к. в них уменьшается количество сократительных белков, обеспечивающих силу сокращения каждой мышечной клетки и, следовательно, всей мышцы.
Скоростные качества мышц характеризуют способность мышц выполнять количество двигательных действий в единицу времени. Прежде всего это качество определяется процентным соотношением в мышцах быстрых и медленных волокон ДЕ. Этот процент, как отмечалось выше, определен генетически, т. е. не зависит от тренированности человека. Мышцы людей, имеющих способности к скоростно-силовым видам спорта (спринтерский бег, прыжки и др.), имеют в своем составе не менее 60-70% быстрых сильных волокон. Степень развития скоростно-силовых качеств обусловлена также силой всей мышцы и центрально-нервными механизмами, определяющими скорость включения мышечных волокон в сокращение.
Скорость одиночных движений (например, при беге) увеличивается с возрастом и достигает максимума к 16- 18 годам. Скоростные качества мышечных волокон находятся в прямой зависимости от активности в них миозин-АТФ-азы - фермента, расщепляющего АТФ и тем самым способствующего взаимодействию актиновых и миозиновых нитей мышечного волокна. Чем выше активность миозин-АТФ-азы, тем быстрее образуются и разрушаются поперечные мостики между актиновыми и миозиновыми нитями и тем, следовательно, больше скорость сокращения волокна. Поэтому быстрые мышечные волокна, отличающиеся высокой активностью этого фермента, сокращаются с большей скоростью, чем медленные. К 20 годам концентрация АТФ-азы в мышечных волокнах достигает наибольших величин. После периода некоторой стабилизации (20- 30 лет) активность миозин-АТФ-азы начинает уменьшаться. Меньше становится и скорость сокращения мышц, что приводит к снижению скоростно-силовых качеств.
|
Быстрота двигательных действий, например предельная частота шагов при беге, на различных этапах онтогенеза зависит как от скоростных качеств мышц, так и от степени функционального развития двигательных нервных центров.
Наиболее общим показателем изменения скорости движений с возрастом является угловая скорость (град/с) сгибания и разгибания в суставах. Начиная с 4-5-летнего возраста (30-35 град/с) этот показатель возрастает, достигая максимальных величин в 20-30 лет (50-80 град/с). До 40 лет быстрота движений почти не меняется, а затем начинает плавно снижаться. В 70-80 лет она становится меньше, чем у 8-летних детей.
Выносливость характеризуется способностью длительно выполнять мышечную работу без снижения ее эффективности на фоне развивающегося утомления. Различают выносливость:
• силовую (способность многократно развивать около- и субмаксимальные по величине мышечные усилия);
• скоростно-силовую (возможность длительно выполнять скоростно-силовые упражнения большой мощности);
• статическую (способность продолжительно удерживать постоянное усилие);
• динамическую (характеризуется предельным временем выполнения ритмических сокращений);
• аэробную (способность десятки минут выполнять интенсивные физические упражнения в аэробном режиме);
• анаэробную (возможность длительно выполнять мышечную работу при недостатке кислорода).
При отсутствии специальных оговорок под выносливостью обычно понимают способность человека длительно работать в аэробном режиме.
Силовая выносливость в наибольшей степени проявляется при удержании статических усилий. В этом случае ее критерием является время удержания нагрузки до отказа. Наиболее интенсивный прирост выносливости при удержании статических усилий происходит в 11-12 лет. Точные механизмы этого явления неизвестны. Способность мышц удерживать статические усилия, равные 50% от МПС, увеличивается с возрастом и достигает максимальных величин к 20-29 годам. В последующие годы этот вид выносливости снижается и к 70 годам составляет лишь 25-30% от достигнутого наивысшего уровня. Это основная причина снижения физической работоспособности у лиц старше 50-60 лет.
Для оценки общей физической подготовленности человека и уровня его физического здоровья наибольшее значение имеют количественные показатели аэробной выносливости. Объективным и высокоинформативным показателем выносливости является величина максимального потребления кислорода (МПК) организмом человека за одну минуту. Определяют ее путем прямого газоанализа при мышечной работе возрастающей мощности. В момент достижения МПК частота сердечных сокращений (ЧСС) достигает максимальных для каждого человека величин. Наличие прямой связи ЧСС с мощностью работы и величиной потребления кислорода позволяет применить также ряд косвенных методов определения МПК с использованием данных о ЧСС при конкретных величинах мощности работы. В зависимости от пола, возраста, уровня физической активности относительные величины МПК колеблются в очень широких пределах - от 25 до 85 мл/мин/кг массы тела. Чем больше МПК, тем выше физическая работоспособность человека, тем выше уровень его физического здоровья.
Величину МПК определяют функциональные возможности и резервы всех физиологических систем организма человека. Именно поэтому ее и используют в качестве объективного интегрального показателя при оценке уровня физического здоровья людей. Величина МПК зависит от состояния двух функциональных систем:
1) кислородтранспортной системы, абсорбирующей кислород из окружающего воздуха (система внешнего дыхания) и переносящей его к органам и тканям (кровь и система кровообращения);
2) системы утилизации кислорода, т. е. в основном мышечной системы, потребляющей доставляемый кровью кислород.
Таким образом, МПК зависит:
• от способности системы внешнего дыхания максимально увеличить легочную вентиляцию и диффузионной способности легких;
• объема циркулирующей крови и общего содержания в ней гемоглобина;
• работы всех звеньев сердечно-сосудистой системы и, в первую очередь, величины предельного минутного объема кровообращения (МОК);
• регуляторных возможностей нейрогуморальной системы перераспределять кровь в сторону наиболее активно работающих мышц;
• максимально возможных величин кровотока через активные скелетные мышцы;
• особенностей работающих мышц, т.е. соотношения в них медленных и быстрых волокон, плотности капилляров, содержания митохондрий и активности ферментов окислительного ряда в мышечных волокнах.
В соответствии с возрастными особенностями содержания гемоглобина в крови, функций кровообращения и дыхания, энергетического обмена в организме человека изменяются величины МПК в процессе онтогенеза. До периода полового созревания между мальчиками и девочками в среднем нет различий в абсолютных величинах МПК. Во всех возрастных группах МПК у женщин на 25-30% меньше, чем у мужчин. Это, по-видимому, связано с тем, что у женщин отмечается меньшее содержание гемоглобина в крови и больший процент жировой ткани. Наибольшие средние величины абсолютного и относительного МПК достигаются к 20-25 годам. Затем МПК постоянно снижается и в 60-70 лет составляет лишь 60-70% от МПК, достигаемого в возрасте 20-30 лет. На основе этих изменений МПК можно утверждать, что с 30- 35 лет функциональные возможности не только нервно-мышечной системы, но и висцеральных систем человека (дыхание, кровь, кровообращение и др.) начинают снижаться.
Чем выше уровень физической активности человека, тем больше у него МПК. Независимо от возраста у лиц, ведущих малоподвижный образ жизни, МПК на 10-20% меньше, чем у более подвижных. В зрелом возрасте у лиц, занимающихся физическими упражнениями, по сравнению малоподвижными МПК на 50-200% выше. Физиологическая «стоимость» работы (по величине ЧСС) у лиц с меньшим МПК существенно выше. Это означает, что степень реактивности системы кровообращения и дыхания на физическую работу, а, следовательно, и возможность возникновения острых сердечно-сосудистых расстройств возрастает по мере снижения аэробных возможностей человека.
Чем меньше физическая подготовленность человека (тренированность), тем больше его физиологические реакции (прирост ЧСС) при работе одной и той же мощности.
По мере развития ребенка изменяются его двигательные координационные способности. У детей до 5-6 лет двигательные акты еще не столь совершенны, как в возрасте 12-14 лет. В 7-летнем возрасте способность координировать движения становится более четкой и целенаправленной. Это связано с тем, что к 7 годам в ЦНС практически заканчивается формирование системы анализа сигналов, идущих от тактильных и кинестетических рецепторов (мышечных и вестибулярных). Усиление процессов торможения в двигательных структурах мозга способствует концентрации возбуждения в регулирующих движения зонах головного мозга. Различные характеристики координационных способностей человека (степень совершенства механизмов управления движениями, ориентация в пространстве, устойчивость в прямостоянии, способность дифференцировать темп движений, скорость изменений суставного угла, регуляция величины мышечного напряжения)
достигают параметров, близких к параметрам взрослых, к 14-16 годам.
Предотвращение развития возрастной патологии, повышение устойчивости организма к неблагоприятным факторам внешней среды должны проводиться с учетом состояния физиологических систем человека в критические периоды его онтогенеза. В полной мере это относится и к двигательной функции, которая изменяется не только сама в зависимости от возраста и уровня физической активности, но вызывает также существенные изменения в нейрогуморальной и висцеральных системах. Применительно к двигательным функциям в онтогенезе человека выделяют - на основе критериев, указанных в скобках - следующие критические периоды: пубертатный; возраст 35-40 лет (начало инволюции соматических функций); 45-48 лет (уменьшение интенсивности обмена веществ - жиров, белков, углеводов и минеральных веществ); 50-55 лет (снижение функций половых желез, нарушение баланса жирового и углеводного обмена, снижение функций двигательного аппарата); 56-60 лет (уменьшение сократительной функции мышц, снижение физической работоспособности).