Возрастные особенности изменения двигательных способностей детей
Предпосылкиразвитиядвигательныхспособностей
В психологической литературе традиционными являются представления о том, что в основе развития способностей, в том числе и двигательных (моторных), лежат биологически закреплённые предпосылки развития -- задатки. Считают, что задатки, существенно влияя на процесс формирования способностей и содействуя успешному их развитию, вместе с тем не предопределяют одарённость человека к той или иной деятельности. Развитие способностей -- результат сложного взаимодействия генетических и средовых факторов. Применительно к спортивной деятельности в качестве факторов среды выступают процессы направленного воспитания, обучения и тренировки. Задатки многозначны (многофункциональны), т.е. на основе одних и тех же предпосылок могут развиваться различные свойства организма, возникнуть неодинаковые совокупности признаков, разные формы их взаимодействия.
Рассмотрим понятийное содержание данного термина. Ряд авторов, обсуждающих проблему задатков, рассматривают их как анатомо-физиологическое понятие. Существует такой подход, когда анализируется «задаток как анатомо-физиологический факт». Подобный «дисциплинарный» подход научно несостоятелен.
Возникает вопрос: почему структура задатков, их свойства, механизм их влияния рассматриваются с позиции только двух биологических дисциплин, а именно анатомии и физиологии? Если уж руководствоваться «дисциплинарным» принципом, то число биологических дисциплин, «участвующих» в формировании задатков, может быть значительно расширено: биохимия, эмбриология, генетика и т.д.
Задатки также связывают с прирождёнными особенностями «нервно-мозгового аппарата», свойствами органов чувств.
Существует толкование задатков, с позиции генетики. Так, утверждается, что «генотип -- это совокупность наследственных задатков (статическое образование)». Подобное расширительное толкование задатков также можно считать неоправданным. Под генотипом подразумевают всю совокупность генов данной особи, а не только тот парциальный комплексом наследственных структур, который лежит в основе развития той или иной способности.
Таким образом, в существующей литературе нет достаточно аргументированного понятия такой важной биологической предпосылки развития способностей, как задаток. Однако при рассмотрении данной проблемы целесообразно учитывать следующие аспекты:
1. Задаток надо рассматривать как генетическое образование, которое формируется в результате образования зиготы. Какова природа и механизм образования диплоидного набора хромосом пока ещё не достаточно ясно.
2. Задаток влияет на программу развития, определяя морфологические особенности организма (особенности строения тела, композицию мышечных волокон, капилляризацию мышц, особенности строения сенсорных систем и т.д.).
3. Задаток влияет на функциональные особенности, специфику адаптаций, преимущественную склонность к совершенствованию анаэробного, аэробного, анаболического метаболизма при мышечной деятельности.
4. Задаток определяет развитие координационных возможностей, способности центрально-нервных механизмов управлять работой мышц, отдельных звеньев тела, взаимодействием функций.
5. Задаток влияет на формирование психофизиологических свойств индивидуальных особенностей высшей нервной деятельности как качественной специфики личности.
Таким образом, в понятийном плане задаток можно охарактеризовать как биологическую структуру, возникающую по генетическим законам развития и влияющую на морфологические и функциональные особенности организма, психическое развитие человека и способствующих успешному формированию особенностей.
Задаток как генетически закреплённая предпосылка развития, очевидно, влияет не только на временную последовательности формирования функций, развитие костно-двигательного аппарата, двигательных качеств, темпы прироста функциональных возможностей, но и на величину развития признака. В генетике степень развития признака определяют как наследственную норму реакции. В спорте правильная интерпретация наследственной нормы реакции -- резервных возможностей реализации задатков -- приобретает особую значимость, так как развитие спортивных способностей с одной стороны, жестко лимитировано временем (лишь в определенном, относительно узком возрастном коридоре -- 6-8 лет), а с другой -- при учете особых сензитивных периодов развития.
Возрастныеособенностивоспитаниядвигательныхспособностей
Ещё в начале XX столетия учёные обратили внимание, что в процессе роста и развития животного организма наблюдаются особые периоды, когда повышается чувствительность к воздействиям внешней среды. Считают, что существует естественная периодизация развития, состоящая из взаимосвязанных, но отличающихся друг от друга этапов.
Этапы, на которых происходят значительные изменения, называют критическими периодами.
Критическими потому, что они играют большую роль в развитии организма. Например, недостаточность в питании детей 8-9 и 12-13 лет приводит к значительному отставанию их физического развития, поскольку задерживается рост тканей трубчатых костей. З.И. Кузнецова /9/ указывает на то, что наиболее тяжело сказывается недостаточное питание в период полового созревания.
Известный советский педагог Л. Выгодский /4/ обращал внимание на необходимость изучения чувствительных периодов с тем, чтобы установить оптимальные сроки обучения. Он говорил, что педагогическое воздействие может дать нужный эффект лишь на определённом этапе, а в другие периоды быть нейтральным или даже отрицательным.
Все мы хорошо знаем, что ребёнка нужно научить ходить в раннем дошкольном возрасте. Если этого не произойдёт, то в последующие годы становление вертикального положения тела идёт очень медленною. Дети выросшие до 11-13 лет вне человеческого общества, ходят очень плохо и быстрее передвигаются на четвереньках.
Известно также, что научить детей кататься на коньках и велосипеде легче всего в возрасте 6-8 лет (вероятно, потому, что в эти годы активно развиваются органы равновесия), при этом навык сохраняется на долгие годы. А вот быстрее всего научить детей плавать можно лишь в возрасте 9-11 лет, а не в дошкольном, как часто говорят и пишут.
Детей младшего школьного возраста, особенно в период с 8 до 12 лет, можно обучить почти всем движениям, даже сложной координации, если при этом не требуется значительного проявления силы, выносливости и так называемой скоростной силы. Например, прыжкам порой трудно научить не потому, что детям не доступна координация движений в полёте, а потому, что они ещё не могут оттолкнуться ногами или руками (при опорных прыжках) с достаточной силой.
Поэтому чрезвычайно важно знать, в какие возрастные периоды происходит активное развитие двигательных качеств. По данным З.И. Кузнецовой /9/, проведено много исследований по изучению возрастных особенностей развития силы, быстроты, выносливости и других двигательных возможностей детей. В лаборатории физического воспитания НИИ физиологии детей и подростков АПН России накоплены многочисленные данные, специальный анализ которых показал, что:
1. развитие различных двигательных качеств происходит разновременно (гетерохронно);
2. величины годовых приростов различны в разные возрастные периоды и неодинаковы для мальчиков и девочек, а также отличаются относительными величинами, если сравнивать прироста разных двигательных способностей;
3. у большинства младшего и среднего школьного возраста показатели разных двигательных качеств различны по своему уровню, даже если рассматривать отдельные показатели быстроты и силы (например, если мальчик быстро пробегает короткую дистанцию, то это ещё не значит, что он сможет быстро реагировать на внезапный сигнал в игровой обстановке; уровень силовой выносливости у одного и того же ребёнка в большинстве случаев не совпадает с уровнем статической и динамической выносливости и т.д.);
4. специальная тренировка одними и теми же методами при одинаковой по объёму и интенсивности физической нагрузке, разрешающей сопоставить данные детей разного возраста, пола и физического развития, даёт различный педагогический эффект и более высокий в период взлёта того или иного двигательного качества.
Несомненно, что эффект от уроков физической культуры, занятий в спортивных секциях и самостоятельных занятий учащихся по заданиям учителя и тренера повысится, если педагоги будут знать, какие же возрастные периоды являются критическими в развитии двигательных способностей. Более полное представление об этом вопросе дадут таблицы (см. Приложение 1), на которых обозначены возрастные этапы для мальчиков и девочек, когда происходит приросты различных показателей двигательных способностей.
В течение первого года пребывания детей в школе не выявляется сколько-нибудь заметных изменений в развитии их двигательных возможностей. Увеличение объёма двигательной деятельности в режиме дня первоклассников даёт прирост лишь 10-20%.
По данным З.И. Кузнецовой /9/ наблюдаются следующие возрастно-половые особенности развития двигательных способностей.
С 8-9 лет происходит бурное развитие движений в беге и плавании, причём скорость передвижения в плавании имеет второй этап интенсивного прироста с 14 до 16 лет.
Максимальные величины темпа бега и частоты вращения педалей на велостанке достигается мальчиками к 10, а девочками к 11 годам и в дальнейшем почти не изменяются.
Сила мышц у девочек 9-10 лет при тренировке на скорость плавания возросла за 1 год так, что приблизилась к показателям 12-14 летних девочек; увеличение числа прыжковых упражнений на уроках физической культуры в младших классах на протяжении четырёх месяцев дало прирост в прыгучести, равный годовому или превышающие его.
Сила мышц и скоростно-силовые качества наиболее интенсивно нарастают в результате на начальных этапах пубертатного периода. Сила мышц спины и ног девочек интенсивно возрастает с 9-10 лет и почти прекращается после наступления менструации. У мальчиков четко выделяется два периода прироста силы мышц: с 9 до 11-12 лет и с 14 до 17 лет; прирост мышц рук заканчивается к 15 годам.
Статическая выносливость мышц рук у мальчиков и девочек имеет один критический период -- с 8 до 10 лет. Статическая выносливость мышц спины у девочек активно увеличивается в 11-12 и 13-14 лет с задержкой в первый год менструального цикла; у мальчиков -- только в предпубертатный период, с 8 до 11 лет.
Прыжковая выносливость у девочек резко возрастает с 9 до 10 лет, у мальчиков с 8 до 11 лет (на 200% при расчете на 1 кг веса тела). В дальнейшем эти показатели с возрастом изменяются незначительно. За 24 занятия прыжковая выносливость у мальчиков 10-11 лет (период интенсивного развития выносливости) повысилась на 50-116% и за последующие два с половиной месяца после прекращения занятийувеличилась на 66%.
У девочек 12 лет (период существенного снижения выносливости) прыжковая выносливость после 24 занятий повысилась не 21-90% (наименьший эффект дал метод тренировки «до отказа», лучший -- «повторно переменный»), однако после того же перерыва (2,5 месяца) она снизилась почти на 50%.
Тренировочный эффект исчез почти бесследно. В другом исследовании у девочек 11-12 за четыре месяца тренировки (3-4 раза в неделю) посредством прыжковых упражнений не было обнаружено достоверных улучшений выносливости к работе умеренной интенсивности на вело станке (продолжительность работы на 60% от максимальной частоты вращения педалей). Удалось лишь предотвратить существенное снижение выносливости мышц ног, свойственное девочкам в предменструальный период. Та же картина была получена по данным силовой выносливости мышц ног и передней поверхности туловища: при первом проявлении вторичных половых признаков силовая выносливость снижается на 26-44% и не увеличивается в течение всего пубертатного периода.
Силовая выносливость основных групп мышц к 11 годам у девочек достигает величин, свойственных девочкам 15-16 лет, а выносливость к мышечным нагрузкам умеренной интенсивности практически уже не отличается от девочек 14-15 лет (в основном за счёт интенсивного прироста с 9 до 11 лет).
Выносливость мальчиков к работе умеренной интенсивности увеличивается с 8 лет на 100-105%, 9 лет -- 54-62%, 10 лет -- на 40-50% в течение одного учебного года при занятиях только на уроках физической культуры.
З.И. Кузнецова /9/ подчёркивает, что в период полового созревания выносливость к физическим нагрузкам, как правило, не увеличивается. И если даже удаётся повысить по средствам тренировки, то достигнутый эффект держится не долго. Более чётко это выявляется, если сгруппировать данные не по «паспортному», а по биологическому возрасту, а также учесть пропорциональность основных антропометрических параметров (длина и вес тела, окружность грудной клетки): выносливость стабилизируется к моменту появления вторичных половых признаков и далее снижается до тех пор, пока не установится «гормональное равновесие» (для девочек -- спустя год после наступления менархе).
В целом, можно считать, что самые существенные изменения в двигательных способностях происходят в младшем школьном возрасте, а у девочек -- преимущественно в период с 8 до 11 лет.
Развитие двигательных способностей занимает важное место в физическом воспитании школьников. Практика показывает, что многие школьники не могут добиться высоких результатов в беге, прыжках метании не потому, что им мешает плохая техника движений, а главным образом ввиду недостаточного развития основных двигательных качеств -- силы, быстроты, выносливости, ловкости, гибкости. Все вышеприведённые данные позволяют дать научное обоснование дифференцированному подбору средств и методов для развития двигательных способностей детей, уточнить содержание программ для уроков физической культуры и занятий разными видами спорта, более точно определять дозировку физической нагрузки.
Направленность работы в области развития двигательных качеств у детей школьного возраста определена государственной программой. А.А. Гужаловский /5/ отмечал, что очень важно при проведении этой работы не упускать из поля зрения возрастные периоды, особенно благоприятные для развития тех или иных двигательных качеств. Так именно в эти периоды работа, направленная на развитие того или иного двигательного качества, даёт наиболее видимый эффект.
Знание закономерностей развития, становления и целенаправленного совершенствования различных сторон двигательных функций детей и подростков позволит учителю или тренеру на практике более эффективно планировать материал для развития двигательных способностей, успешнее организовывать и методически правильно осуществлять процесс их развития на уроке.
Программа по физической культуре для учащихся средней общеобразовательной школы уделяет большое внимание развитию двигательных способностей. В каждом её разделе, посвящённом формированию и совершенствованию двигательных умений и навыков, предусмотрен материал для развития двигательных способностей. В среднем в старшем школьном возрасте программа предлагает ежегодно уделятьвнимание развитию не менее 12-14 качеств двигательной деятельности. Так, например, с IV по X классы включительно при прохождении раздела гимнастики необходимо содействовать развитию силы, силовой и статической выносливости, подвижности в суставах и тренировке органов равновесия; при прохождении раздела лёгкой атлетики -- развитию скоростно-силовых качеств, скоростной и силовой выносливости; при изучении материала лыжной и кроссовой подготовки, коньков и плавания -- развитию скоростной выносливости, выносливости в ходьбе и беге умеренной интенсивности и к длительной циклической работе. Освоение материала программы из разделов ручной мяч и баскетбол следует осуществлять совместно с направленным развитием таких двигательных качеств, как выносливость, быстрота и точность движения, быстрота и выносливость в игровых действиях, скоростно-силовые качества.
Эффективность работы, направленной на развитие того или иного двигательного качества, будет зависеть не только от методики и организации педагогического процесса, но и от индивидуальных темпов развития этого качества. Если направленное развитие двигательного качества осуществляется в период ускоренного развития, то педагогический эффект оказывается значительно выше, чем в период замедленного роста. Это хорошо видно на графиках возрастного развития основных двигательных качеств у школьников (см. Приложение).
2). Поэтому целесообразно осуществлять направленное развитие тех или иных двигательных качеств у детей в те возрастные периоды, когда наблюдается их наиболее интенсивный возрастной рост.
Особенности развития двигательных качеств необходимо учитывать в процессе работы по физическому воспитанию. Это позволяет более точно выделить периоды, которые требуют повышенного внимания с точки зрения развития двигательных качеств.
В связи с возрастными особенностями развития двигательных способностей в 1993 году была разработана программа: Физическое воспитание учащихся 1-11-х классов с направленным развитием двигательных способностей. Суть этой программы состоит в разностороннем развитии (координационных и кондиционных) способностей учащихся. В ней отражены особенности программного материала с учетом возрастно-половых особенностей детей от 6 до 17 лет.
БазоваячастьсодержанияпрограммногоматериалауроковвI-IVклассах
Каждый урок физической культуры должен иметь ясную целевую направленность. На каждом уроке решается, как правило, комплекс взаимосвязанных развивающих, образовательных, оздоровительных и воспитательных задач. На уроках в начальной школе основное внимание уделяется развитию разнообразных координационных, скоростных способностей и выносливости, а также овладению школой движений. Обучение двигательным действиям при развитии физических способностей младших школьников тесно связано между собой. Одно и то же упражнение можно использовать как для обучения двигательному навыку, так и для развития координационных способностей, а так же для развития кондиционных способностей. Умелое сочетание развития координационных и кондиционных способностей с обучением двигательным навыкам -- отличительная черта хорошо организованного педагогического процесса.
Младший школьный возраст -- благоприятный период для развития всех координационных и кондиционных способностей. Однако особое внимание следует уделять всестороннему развитию таких координационных способностей, как точность воспроизведения и дифференцирования пространственных, временных и силовых параметров движений; равновесие согласование движений, ритм, ориентирование в пространстве, а также скоростных способностей (реакция и частота движений), скоростно-силовых и выносливости к умеренным нагрузкам.
Контроль и оценка в младшем школьном возрасте применяются для того, чтобы стимулировать стремление учеников к совершенствованию и самоопределению, к повышению активности на занятиях физическими упражнениями.
БазоваячастьсодержанияпрограммногоматериалауроковвV-IXклассах
Подростковый возраст -- переломный период в развитии двигательных функций ребёнка. К 11-12 годам учащиеся в основном овладевают базовыми двигательными действиями в беге, прыжках, метании, лазание и т.д. У них складываются весьма благоприятные предпосылки для углубленной работы над развитием двигательных способностей.
В связи с этим одной из главных задач, которые должен решать учитель, становится обеспечение всестороннего развития координационных(ориентирование в пространстве, быстрота перестроения двигательных действий, быстрота и точность двигательных реакций, согласование движений, ритм, равновесие, точность воспроизведения и дифференцирования силовых, пространственных и временных параметров движений) и кондиционных (скоростно-силовых, силовых, выносливости, скоростных и гибкости) способностей учащихся, а также их сочетаний.
В этом возрасте продолжается овладение школьниками базовыми двигательными действиями, включая технику основных видов спорта (лёгкая атлетика, гимнастика, спортивные игры, единоборства, передвижение на лыжах, плавание).
Обучение сложной технике видов спорта основывается на приобретенных в начальной школе двигательных умениях и навыках. Техническое и технико-тактическое обучение и совершенствование учащихся в возрасте 10-11 лет наиболее тесно переплетается с развитием координационных способностей. В соответствии с дидактическими принципами (последовательности, системности и индивидуализации) учитель должен приучать школьников к тому, чтобы они выполняли задания на технику и тактику, прежде всего, правильно (т.е. адекватно и точно).
В данный период жизни детей развитие их координационных способностей необходимо органично сочетать с воспитанием скоростных, скоростно-силовых способностей, а также выносливости и гибкости. В подростковом возрасте сообщение знаний целесообразно сочетать с освоением и совершенствованием конкретных двигательных действий, развитием двигательных способностей, формированием умений самостоятельно тренироваться и осуществлять физкультурно-оздоровительную и спортивную деятельность.
Базовая часть содержания программного материала уроков в X - XI классах.
На уроках физической культуры в старших классах основное внимание уделяется тренировочной направленности занятий по разностороннему развитию кондиционных (силовых, скоростных, скоростно-силовых способностей, выносливости, гибкости) и координационных (быстроты построения и согласования двигательных действий, произвольное расслабление мышц, вестибулярная устойчивость) способностей, а также их сочетаний. Вместе с тем закрепляются и совершенствуются соответствующие навыки (техники и тактики): продолжается дальнейшее обогащение двигательного опыта, повышение координационного базиса путём освоения новых, ещё более сложных двигательных действий и вырабатывается умение применять их различных по сложности условиях.
Рабочая гипертрофия мышц
Поскольку сила мышцы зависит от ее поперечника, увеличение его сопровождается ростом силы данной мышцы. Увеличение мышечного поперечника в результате физической тренировки называется рабочей гипертрофией мышцы (от греч. "трофос" - питание). Мышечные волокна, являющиеся высокоспециализированными дифференцированными клетками, по-видимому, не способны к клеточному делению с образованием новых волокон. Во всяком случае, если деление мышечных клеток и имеет место, то только в особых случаях и в очень небольшом количестве. Рабочая гипертрофия мышцы происходит почти или исключительно за счет утолщения (увеличения объема) существующих мышечных волокон. Г1ри значительном утолщении мышечных волокон возможно их продольное механическое расщепление с образованием "дочерних" волокон с общим сухожилием. В процессе силовой тренировки число продольно расщепленных волокон увеличивается.
Можно выделить два крайних типа рабочей гипертрофии мышечных волокон - саркоплазматический и миофибриллярный.
Саркоплазматическая рабочая гипертрофия - это утолщение мышечных волокон за счет преимущественного увеличения объема саркоплазмы, т. е. несократительной их части. Гипертрофия этого типа происходит засчет повышения содержания несократительных (в частности, митохондриальных) белков и метаболических резервов мышечных волокон: гликогена, безазотистых веществ, креатинфосфата, миоглобина и др. Значительное увеличение числа капилляров в результате тренировки также может вызывать некоторое утолщение мышцы.
Наиболее предрасположены к саркоплазматической гипертрофии, по-видимому, медленные (I) и быстрые окислительные (II-А) волокна. Рабочая гипертрофия этого типа мало влияет на рост силы мышц, но зато значительно повышает способность к продолжительной работе, т. е. увеличивает их выносливость.
Миофибриллярная рабочая гипертрофия связана с увеличением числа и объема.миофибрилл, т. е собственно-сократительного аппарата мышечных волокон. При этом возрастает плотность укладки миофибрилл в мышечном волокне. Такая рабочая гипертрофия мышечных волокон ведет к значительному росту МС мышцы. Существенно увеличивается и абсолютная сила мышцы, а при рабочей гипертрофии первого типа она или совсем не изменяется, или даже несколько уменьшается. По-видимому, наиболее предрасположены к миофибриллярной гипертрофии быстрые (II-B) мышечные волокна.
В реальных ситуациях гипертрофия мышечных волокон представляет собой комбинацию двух названных типов с преобладанием одного из них. Преимущественное развитие того или иного типа рабочей гипертрофии определяется характером мышечной тренировки. Длительные динамические упражнения, развивающие выносливость, с относительно небольшой силовой нагрузкой на мышцы вызывают главным образом рабочую гипертрофию первого типа.. Упражнения с большими мышечными напряжениями (более 70%-от МПС тренируемых групп мышц), наоборот, способствуют развитию.рабочей гипертрофии преимущественно второго типа.
В основе рабочей гипертрофии лежит интенсивный синтез и уменьшенный распад мышечных белков. Соответственно концентрация ДНК и РНК в гипертрофированной мышце больше, чем в нормальной. Креатин, содержание которого увеличивается в сокращающейся мышце, может стимулировать усиленный синтез актина и миозина и таким образом способствовать развитию рабочей гипертрофии мышечных волокон.
Очень важную роль в регуляции объема мышечной массы, в частности в развитии гипертрофии мышц, играют андрогены (мужские половые гормоны). У мужчин они вырабатываются половыми железами (семенниками) и в коре надпочечников, а у женщин - только в коре надпочечников. Соответственно у мужчин количество андрогенов в организме больше, чем у женщин. Роль андрогенов в увеличении мышечной массы проявляется в следующем.
Возрастное развитие мышечной массы идет параллельно с увеличением продукции андрогенных гормонов. Первое заметное утолщение мышечных волокон наблюдается в 6-7-летнем возрасте, когда усиливается образование андрогенов. С наступлением полового созревания (в 11 -15 лет) начинается интенсивный прирост мышечной массы у мальчиков, который продолжается и после периода полового созревания. У девочек развитие мышечной массы в основном заканчивается с периодом полового созревания. Соответствующий характер имеет и рост мышечной силы в школьном возрасте.
Даже после коррекции показателей силы с размерами тела силовые показатели у взрослых женщин ниже, чем у мужчин . Вместе с тем если у женщин в результате некоторых заболеваний, усиливается секреция андрогенов надпочечниками, то интенсивно увеличивается мышечная масса, появляется хорошо развитый мышечный рельеф, возрастает мышечная сила.
В опытах на животных установлено, что введение препаратов андрогенных гормонов (анаболиков) вызывает значительную интенсификацию синтеза мышечных белков, в результате чего увеличивается масса тренируемых мышц и как результат- их сила. Вместе с тем развитие рабочей гипертрофии скелетных мышц может происходить и без участия андрогешшх и других гормонов (гормона роста, инсулина и тироидных гормонов).
Силовая тренировка, как и другие виды тренировки, по-видимому, не изменяет соотношения в мышцах двух основных типов мышечных волокон-быстрых и медленных. Вместе с тем она способна изменять соотношение двух видов быстрых волокон, увеличивая процент быстрых гликолитических и соответственно уменьшая процент быстрых окислительно гликолитических (БОГ) волокон. При этом в результате силовой тренировки степень гипертрофии быстрых мышечных волокон значительно больше, чем медленных окислительных (МО) волокон, тогда как тренировка выносливости ведет к гипертрофии в первую очередь медленных волокон. Эти различия показывают, что степень рабочей гипертрофии мышечного волокна зависит, как от меры его использования в', процессе тренировок, так и от его способности к гипертрофии.
Силовая тренировка связана с относительно небольшим числом повторных максимальных или близких к ним мышечных сокращений, в которых участвуют как быстрые, так и медленные мышечные волокна. Однако и небольшого числа повторений достаточно для развития рабочей гипертрофии быстрых волокон, что указывает на их большую предрасположенность к развитию рабочей гипертрофии (по сравнению с медленными волокнами). Высокий процент быстрых волокон в мышцах служит важной предпосылкой для значительного роста мышечной силы при направленной силовой тренировке. Поэтому люди с высоким процентом быстрых волокон в мышцах имеют более высокие потенциальные возможности для развития силы и мощности.
Тренировка выносливости связана с большим числом повторных мышечных сокращений относительно небольшой силы, которые в основном обеспечиваются активностью медленных мышечных волокон. Поэтому понятна более выраженная рабочая гипертрофия медленных мышечных волокон при этом виде тренировки по сравнению с гипертрофией быстрых волокон, особенно быстрых гликолитических.
16.Влияние физиологического поперечника мышцы на её силу
Физиологические механизмы развития силы.
В развитии мышечной силы имеют значение:
1) внутримышечные факторы;
2) особенности нервной регуляции;
3) психофизиологические механизмы.
Внутримышечные факторы развития силы включают в себя биохимические, морфологические и функциональные особенности мышечных волокон.
* Физиологический поперечник, зависящий от числа мышечных волокон (он наибольший для мышц с перистым строением);
* Состав (композиция) мышечных волокон, соотношение слабых и более возбудимых медленных мышечных волокон (окислительных, мало утомляемых) и более мощных высоко пороговых быстрых мышечных волокон (гликолитических, утомляемых);
* Миофибриллярная гипертрофия мышцы - т.е. увеличение мышечной массы, которая развивается при силовой тренировке в результате адаптационно-трофических влияний и характеризуется ростом толщины и более плотной упаковкой сократительных элементов мышечного волокна - миофибрилл. (При этом окружность плеча может достигать 80 см, а бедра - 95 см и более). Нервная регуляция обеспечивает развитие силы за счет совершенствования деятельности отдельных мышечных волокон, двигательных единиц (ДЕ) целой мышцы и межмышечной координации. Она включает в себя следующие факторы:
* Увеличение частоты нервных импульсов, поступающих в скелетные мышцы от мотонейронов спинного мозга и обеспечивающих переход от слабых одиночных сокращений их волокон к мощным тетаническим;
* Активация многих ДЕ - при увеличении числа вовлеченных в двигательный акт ДЕ повышается сила сокращения мышцы;
* Синхронизация активности ДЕ - одновременное сокращение возможно большего числа активных ДЕ резко увеличивает силу тяги мышцы;
* Межмышечная координация - сила мышцы зависит от деятельности других мышечных групп: сила мышцы растет при одновременном расслаблении ее антагониста, она уменьшается при одновременном сокращении других мышц и увеличивается при фиксации туловища или отдельных суставов мышцами-антагонистами. Например, при подъеме штанги возникает явление натуживания (выдох при закрытой голосовой щели), приводящее к фиксации мышцами туловища спортсмена и создающие прочную основу для преодоления поднимаемого веса.
Психофизиологические механизмы увеличения мышечной силы связаны с изменениями функционального состояния (бодрости, сонливости, утомления), влияниями мотиваций и эмоций, усиливающих симпатические и гормональные воздействия со стороны гипофиза, надпочечников и половых желез, биоритмов.
Важную роль в развитии силы играют мужские половые гормоны(андрогены), которые обеспечивают рост синтеза сократительных белков в скелетных мышцах. Их у мужчин в 10 раз больше, чем у женщин. Этим объясняется больший тренировочный эффект развития силы у спортсменов по сравнению со спортсменками, даже при абсолютно одинаковых тренировочных нагрузках.
Открытие «эффекта андрогенов привело к попыткам ряда тренеров и спортсменов использовать для развития силы аналоги половых гормонов анаболические стероиды. Однако вскоре обнаружились пагубные последствия их приема. В результате действия анаболиков у спортсменов-мужчин подавляется функция собственных половых желез (вплоть до полной импотенции и бесплодия), а у женщин-спортсменок происходит изменение вторичных половых признаков по мужскому типу (огрубение голоса, изменение характера оволосения) и нарушается специфический биологический цикл женского организма (возникают отклонения в длительности и регулярности месячного цикла, вплоть до полного его прекращения и подавления детородной функции). Особенно тяжелые последствия наблюдаются у спортсменов-подростков. В результате подобные препараты были отнесены к числу запрещенных допингов.
Попытки заставить мышцу развивать мощные тетанические сокращения с помощью электростимуляции также не привели к успеху. Эффект воздействия прекращался через 1-2 недели, а искусственно вызванная способность развивать сильные сокращения не могла полноценно использоваться, так как не включалась в необходимые двигательные навыки.
Функциональные резервы силы.
У каждого человека имеются определенные резервы мышечной силы, которые могут быть включены лишь при экстремальных ситуациях (чрезвычайная опасность для жизни, чрезмерное психоэмоциональное напряжение и т.п.).
В условиях электрического раздражения мышцы или под гипнозом можно выявить максимальную мышечную силу, которая окажется больше той силы, которую человек проявляет при предельном произвольном усилии - так называемой максимальной произвольной силы. Разница между максимальноймышечной силой и максимальной произвольной силой называется дефицитом мышечной силы. Эта величина уменьшается в ходе силовой тренировки, так как происходит перестройка морфофункциональных возможностей мышечных волокон и механизмов их произвольной регуляции.
У систематически тренирующихся спортсменов наряду с экономизацией функций происходит относительное увеличение общих и специальных физиологических резервов. При этом первые реализуются через общие для различных упражнений проявления физических качеств, а вторые - в виде специальных для каждого вида спорта навыков и особенностей силы, быстроты и выносливости (Мозжухин А.С., 1979).
К числу общих функциональных резервов мышечной силы отнесены следующие факторы.
* Включение дополнительных ДЕ в мышце;
* Синхронизация возбуждения ДЕ в мышце;
* Своевременное торможение мышц-антагонистов;
* Координация (синхронизация) сокращений мышц-антагонистов;
* Повышение энергетических ресурсов мышечных волокон;
* Переход от одиночных сокращений мышечных волокон к тетаническим;
* Усиление сокращения после оптимального растяжения мышцы;
* Адаптивная перестройка структуры и биохимии мышечных волокон (рабочая гипертрофия, изменение соотношения объемов медленных и быстрых волокон и др.).
1. Литературный обзор
Любые движения человека-это результат согласованной деятельности Ц.Н.С. и периферических отделов двигательного аппарата, в частности скелетно-мышечной системы. Без проявления мышечной силы никакие физические упражнения выполнять невозможно.
Сила-это, как принято в современной механике, всякое действие одного материального тела на другое, в результате которого происходит изменения в состоянии покоя или движения тела. «Лишь измеренность движения и придает категории силы ее ценность. Без этого, она не имеет ни какой ценности». (Ф. Энгельс)
В специальной научно-методической литературе имеется несколько определении мышечной силы как двигательного качества.
Одни авторы рассматривают мышечную силу как способность преодолевать внешнее сопротивление или противодействовать ему за счет мышечных усилии, другие - как способность проявлять за счет мышечных усилии определенные величины силы, третьи - как способность за счет мышечного напряжения проявлять определенные величины силы. Все эти определения почти равноценны.
Чрезвычайно важной особенностью мышечной силы, проявляемой в динамическом режиме, является то, что ее проявление может быть мгновенным. Наибольшая величина мгновенной силы будет характеризовать максимальную динамическую силу. Однако, как известно, проявление мышечной силы при выполнении любого движения всегда протекает во времени. В этом случае конечный эффект постоянного проявления силы во времени определяется импульсом силы - F*t.
Исследуя механизмы динамики мышечного сокращения при преодолении на инерционном динамографе, Н.Н. Гончаров при обработке полученных данных ввел понятие средняя сила, которая, по его расчетам, равна 50% максимальной динамической силы. Средняя динамическая сила представляет собой условную величину, удобную для оценки эффекта действия силы по полной амплитуде движения и максимальном волевом усилии. При статическом режиме работы мышц сила замеряется как абсолютная и относительная статическая сила.
Скелетные мышцы, общее количество которых у человека свыше 600, состоят из связок мышечных волокон (клеток), которые иннервируются моторными нервами. Каждый моторный нерв имеет многочисленные ответвления и соединения с мышечными волокнами. В результате раздражения моторного нерва происходит сокращение мышечных волокон моторной единицы. Между поперечником моторного нерва и размером моторной (двигательной) единицы существует связь. Большие моторные нервы имеют также более высокий порог и меньшую возбудимость, чем более тонкие моторные нервы. В одной мышце находятся небольшие, легко отделяемые моторные единицы, которые труднее выделить и которые используются реже.
Гистологически определены два вида мышечных волокон: красные и белые, каждый из которых имеет функциональную характеристику. Белые мышечные волокна предназначены для быстрых, мощных, резких сокращений. В отличие от белых волокон меньшие по размеру красные волокна, которых в мышцах человека около 30%, показывают меньшую силу на одну моторную единицу и в 3 раза большее время сокращения. Моторные единицы, состоящие из красных мышечных волокон, не могут поднимать такие же веса, как моторные единицы из белых мышечных волокон, и склонны к медленным сокращениям. Однако они могут выполнять более длительную работу за счет хорошего кровяного снабжения и большой плотности митохондрий. Как в красных, таки в белых моторных единицах может быть разное количество волокон, однако моторные единицы из красных мышечных волокон имеют тенденцию к меньшему количеству волокон, более тонкому сечению, и поэтому более часто происходит их смена в работе.
Расположение мышечных волокон существенным образом влияет на силу мышц. Волокна, идущие параллельно продольной оси мышцы, не так, как те которые расположены наклонно. Что касается механической активности мышечных волокон, то исследования последних лет объясняют ее как «скольжение» нитей актина и миозина относительно друг друга вследствие последовательного образования и разрушения молекулярных актомиозиновых связей, образование которых происходит спонтанно.
Говоря о механических свойствах активной мышцы, необходимо помнить о наличии тех многообразий, сочетание которых характеризует механическая динамика мышечного сокращения. В настоящее время с уверенностью можно говорить о четырех зависимостях, каждая из которых дает лишь частичное представление об активной мышце. Наиболее подробно и всесторонне данная проблема изучена В.М. Зациорским, анализ работ которого позволяет в самом кратком изложении представить ее следующим образом:
а) Кривая длин напряжений системы последовательных эластических компонентов. Данная кривая не зависит прямо от контрактильного механизма и может быть выражена уравнением:
P=f(l -1)
Где S (см.) - растяжение;
P - нормализованное (т.е. приведенное к Р =1) напряжение;
f и - константы (А. Сандов);
б) Кривая длин напряжений активной мышцы. Можно предположить, что данная кривая отражает свойства контрактильного протеина внутримышечных фибрилл и может быть выражена предложенным А. Хиллом (1922) уравнением, где P - максимальное напряжение (при r=0); R - максимальное укорочение (P=0); P и r - соответствующие мгновенные значения напряжения и укорочения;
в) кривая сила-скорость. Можно полагать, что данная зависимость отражает те же свойства, что и предыдущие. Рассматриваемая кривая может быть выражена так называемым основным уравнением мышечного сокращения, предложенным А. Хиллом:
(P+a) (v+b)=(P +a)b
где P - максимальное напряжение при данной длине мышцы;
v - скорость;
P - напряжение;
а и b - константы, которые можно получить как из кривой сила- скорость, так и в результате миометрических измерений;
г) кривая активного состояния является результатом механизма, в котором контрактильный компонент включается и выключается в ответ на изменение потенциалов в клетках мембран. Эта зависимость может быть выражена характеристическими уравнениями А. Хилла с коррективами А. Сандова, который учел, во-первых, изменение величины максимального напряжения во времени и, во-вторых, нелинейную эластичность последовательных эластических компонентов.
Мышечная сила человека при прочих равных условиях пропорциональна площади физиологического поперечника мышцы. Это еще отметил немецкий физиолог Е. Вебер (1846). Известно, что 1 см. мышцы поднимает от 6-10 кг безотносительно к тому, тренирован или не тренирован ее обладатель.
Зависимость мышечной силы от физиологического поперечника мышцы признают все специалисты в области анатомии и физиологии. В то же время в работах по физиологии отмечается, что важнейшим фактором проявления силы является не периферическое изменение, а регуляция работы мышц со стороны нервных центров.
Современной спортивной физиологией установлено, что степень мышечного напряжения может изменяться под воздействием Ц.Н.С., важнейшее значение при этом имеет мобилизация сократительных возможностей тех мышц, которые осуществляют необходимое усилие. Это связано с оптимальным ритмом импульсов в мышце и, таким образом, со степенью сокращения их мышечных волокон и с адаптационно-трофическим воздействием вегетативных нервов на мышцу.
В несколько схематичном виде величина мышечного напряжения в живом организме определяется двумя факторами: импульсацией, приходящей к мышце от мотонейронов передних рогов спинного мозга; условно говоря, реактивностью самой мышцы, то есть силой с которой она отвечает на определенный импульс.
Реактивность мышцы зависит от следующих факторов:
а) ее физиологического поперечника;
б) макроморфологических и гистологических особенностей строения;
в) трофического влияния Ц.Н.С., осуществляемого через адреналосимпатическую систему;
г) длины мышцы в данный момент и прочего.
При этом ведущим механизмом, позволяющим срочно изменять степень напряжения мышцы, является характер эффекторной импульсации. Применение электромиографии при изучении механизмов мышечного напряжения позволило выявить, что с нарастанием в мышце напряжения позволило выявить, что с нарастанием в мышце напряжения амплитуда регистрируемых потенциалов увеличивается.
Важным моментом для понимания механизма мышечного напряжения является то, что по мере роста проявления мышечной силы частота колебания потенциала одной двигательной единицы может возрасти с 5-6 до 35-40 раз в секунду. Однако поскольку предельная частота колебаний намного меньше частоты, при которой мышца начинает трансформировать ритм поступающих в нее импульсов, можно полностью согласиться с мнением В.М. Зациорского о том, что деятельность мышцы не связана с трансформацией ритма, как это предполагали ранее. Исследования показали, что частота импульсов линейно пропорциональна развиваемой кинетической энергии. Что же касается амплитуды токов действия одного миона, то она, как правило, не изменяется.
Только при различии пороговых значений амплитуда токов действия может увеличиться из-за неодновременного включения в работу отдельных волокон. Что касается электроактивности всей напрягаемой мышцы, то она также возрастает по мере роста величины ее напряжения, но до определенного предела.
Таким образом говоря о механизме регулирования мышечного напряжения, можно предположить, что оно осуществляется двумя путями: изменением активности различного количества двигательных единиц и частотой нервной импульсации.
При мышечных напряжениях, когда они не доходят до предельных величин, регуляция мышечной силы происходит за счет изменения различного количества двигательных единиц.
В основе регуляции двигательных единиц в этом случае лежит механизм асинхронности. По данным русского ученого Р.С. Персон, асинхронизация определяется проприоцертивным влиянием, которое накладывается на синхронную импульсацию центральных и моторных структур. При этом степень напряжения не регулируется потенциалом отдельных импульсов, поскольку первое волокно является проводником импульсов, характеризующихся постоянной величиной потенциала. В результате создаются условия для получения большей надежности при значительной пропускной способности накала и принципиальной простоте, что позволяет обеспечивать передачу возбуждения в широком диапазоне при относительно небольшом применении частоты импульсации (В.М. Зациорский).
В тех случаях, когда мышечное напряжение достигает предельной активности, в основе его регуляции лежит синхронизация двигательных единиц.
Величина проявления силы при выполнении физических упражнений во многом зависит от формирования условных рефлексов, которые обеспечивают необходимую концентрацию процессов возбуждения и торможения и вовлечение в однократное максимальное сокращение наибольшего числа двигательных единиц (Д.Е.) при оптимальном возбуждении мышцах-антагонистах (А.В. Коробков).
В напряжении мышцы, как полагает целый ряд исследователей, участвуют не все двигательные единицы. При этом чем сильнее возбуждение, тем большее число Д.Е. принимает участие в сокращении. Наибольшее проявление силы может быть достигнуто (если прочие условия равны) при одновременном сокращении максимально возможного количества всех двигательных единиц в мышце.
Механизм градации мускуляторного напряжения является важным фактором увеличения мышечной силы. Ведущим механизмом, изменяющим величину мышечного напряжения, является характер нервной импульсации. Как уже говорилось, с повышением величины проявления силы частота колебаний одной нервно-мышечной единицы может возрастать с 5-6 до 35-40 колебаний в секунду, и она пропорциональна развиваемой кинетической энергии, а что касается суммарной активности мышцы, то она возрастает до определенного предела.
При синхронном раздражении мышцы двумя стимулами проявляемая сила значительно больше, чем при асинхронном.
Если у нетренированных людей синхронизируется обычно не более 18 - 20% регистрируемых импульсов, то с ростом тренированности это число значительно возрастает.
Понять более глубокие особенности синхронизации позволяет рассмотрение механизма рекрутирования Д.Е. Согласно имеющимся на сегодня данным, при напряжении мышцы активность Д.Е. начинается в определенной последовательности. Вначале Д.Е. образуют так называемый стержень, который по мере повышения напряжения в мышце концентрически увеличивается. Поскольку синхронизация связана с предельным мышечным напряжением, длится она ограниченное время. Синхронизация активности мионов и произвольное сокращение является одним из механизмов внутримышечной координации на уровне мышечных волокон. Что касается деятельности центрально-нервных механизмов синхронизации, то иннервирующая мускульный аппарат веретен гамма-моторная система в данном случае не играет существенной роли. Эффекторная импульсация поступает от соответствующих отделов головного мозга через мотонейрон непосредственно в мышечные волокна. Согласно данным Т. Хеттингера, если принять всю мышечную потенциальную возможность человека за 100%, то обычно автоматические действия требуют менее 20% всего силового потенциала. Область обычных физиологических резервов - менее 40%, а с включением резервов свыше 60% наступает так называемый мобилизационный порог, за которым следуют экстренные резервы, доходящие до 100% - абсолютного мышечного потенциала.
До настоящего времени неясным в механизмах регуляции мышечного напряжения является деятельность центрально-нервных механизмов. Исследования, выполненные в последние годы, дают возможность предполагать, что имеется по крайней мере три ведущих механизма. Один из них, в основе которого лежит рефлекс на растяжение (миотатический рефлекс), связан с регуляцией напряжения при сохранении положения тела. Изменение позы тела меняет и растяжение мышечных веретен, тем самым способствуя возбуждения их рецепторного аппарата, что в свою очередь рефлекторно вызывает изменение мышечного напряжения растянутых мышц.
При выполнении движений, не требующих проявления максимальной мышечной силы, для дозирования мышечного напряжения используется другой механизм. В этом случае высшие нервные центры определяют в основном необходимые величины пространственных, временных и скоростных параметров движения. Что касается нужных комбинаций мышечных напряжений, то он осуществляется более низко расположенными нервными отделами. Известно, что эффекторная импульсация поступает сначала не в мышечные волокна, а в мускульный аппарат мышечных веретен, что приводит к изменению натяжений в них и соответствующему возбуждению их рецепторного аппарата. Далее регуляция осуществляется по схеме миотатического рефлекса.
При выполнении движений, требующих предельных величин проявления мышечной силы, эффекторная импульсация поступает от соответствующих отделов головного мозга через мотонейроны прямо в Д.Е.
В экспериментальных исследованиях было показано, что предварительно растянутая до определенной оптимальной степени мышца сокращается сильнее и быстрее.
Следовательно, использование эластичных свойств мышцы также будет способствовать проявлению большой силы. В динамической анатомии такую работу мышц принято называть баллистической. И.М. Сеченов писал: «Груз действует на мышцы одновременно в двух противоположных направлениях - растягивает ее как всякое упругое тело, и усиливает в то же время развитие в ней сократительных осей».
Величина рефлекторной реакции во многом зависит, как указывал И.П. Павлов, от силы воздействующего раздражителя. В этом и заключается свойство нашего «двигателя» - приспосабливать свои силы к величине преодолеваемых сопротивлений, причем внешние силы (отягощения) вызывают действие внутренних сил (мышц). Таким образом, к основным факторам, оказывающим влияние на проявление силы мышц человека, относятся величина внешнего сопротивления, состояние внутренней среды организма, координация движений, величина мышечной массы. Величина мышечной силы может увеличиваться за счет любого из этих факторов.
Коротко коснемся понятия «абсолютная сила». Введено оно для сравнения максимальной силы отдельных, изолированных мышц человека. Физиологи вкладывают в этот термин различный смысл: одни рассматривают абсолютную силу как отношение величины максимальной силы к величине физиологического поперечника мышцы, другие под абсолютной силой понимают величину того предельного груза, который мышца уже не в состоянии поднять. Так, И.С. Беритов отмечает «то максимальное напряжение или та максимальная сила, которую мышца развивает при сокращении в случае, когда она уже не в состоянии поднять груз, называется «абсолютной силой».
Таким образом, с одной стороны, физиологи установили, что сила человека пропорциональна массе мышц, с другой стороны, биологи доказали, что с увеличением массы у представителей одного и того же класса животных, например млекопитающих, уменьшается относительная сила, то есть отношение абсолютной величины максимальной силы к весу тела.
Исследования физиологов показали, что эта закономерность распространяется и на человека. Так, для сравнения степени развития максимальной силы у тяжелоатлетов различных весовых категорий А.Н. Крестовников употребляет термины «абсолютная» и «относительная» сила мышц. Этого мнения придерживаются и другие исследователи. Силу характеризуют как динамическую или статическую в зависимости от режима мышечной деятельности.
В динамическом режиме сила работающих мышц может проявляться при уменьшении (преодолевающий характер работы) или при удлинении их (уступающий характер работы).
В статическом режиме сила мышц проявляется при «активном» или «пассивном» характере их напряжения.