5.2. Мышечная система и развитие двигательных

функций

Мышечная система и ее функции. Мышцы человека образованы в основном мышечной тканью. Различают гладкую и поперечно-по­лосатую мышечную ткань. Общие свойства и тех и других мышц — их возбудимость, проводимость и способность к сокращению.

В своем гениальном труде «Рефлексы головного мозга» великий русский физиолог И. М. Сеченов писал: «Все бесконечное разнообра­зие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончатель­но к одному лишь явлению — мышечному движению» (И. М. Сеченов, 1952). Создатель теории функциональных систем П. К. Анохин отме­чал, что движение — обязательный исполнительный механизм на пути достижения конечного приспособительного результата любого уров­ня, иными словами, движение — обязательное условие жизни. Дейст­вительно, жизнь организма — это постоянный контакт его с внешней средой, на всевозможные воздействия которой организм дает ответную реакцию, в основе которой лежат безусловные и условные рефлексы. Исполнительным же механизмом этих реакций служат мышцы: глад­кие и скелетные. От работы первой группы — гладких мышц — зави­сит работа внутренних органов (что подробнее излагалось в гл. 5), а от работы скелетных мышц зависят произвольные движения. В данной главе речь пойдет преимущественно о функциях скелетных мышц и опорно-двигательного аппарата в целом, в состав которого входят эти мышцы. Вместе с тем состояние и работа скелетных мышц влияют на работу вегетативной нервной системы и гладкой мышечной ткани внутренних органов.

Гладкая мышечная ткань образует гладкую мускулатуру, которая входит в состав внутренних органов и сосудов. Отличительная особен­ность гладких мышц состоит в том, что их сокращение возникает под

192 влиянием автономной вегетативной нервной системы, в силу чего этот процесс в значительно меньшей степени подвержен влиянию созна­ния. Сокращения гладкой мускулатуры обеспечивает изменение функций висцеральных систем (кровообращение, дыхание, пищева­рение, обмен веществ, выделение, эндокринные железы), поддержи­вающих постоянство внутренней среды организма (гомеостаз).

Поперечно-полосатая мышечная ткань образует скелетные мыш­цы и отличается от гладкой более высокой возбудимостью, проводимо­стью и сократимостью. Скелетные мышцы обеспечивают поддержание позы, мимику, жесты, речь, передвижение тела в пространстве. Со­кращение поперечно-полосатой мускулатуры контролирует сомати­ческая нервная система, работа которой подчинена сознанию.

Мышечные клетки поперечно-полосатой мышечной ткани имеют малый диаметр и большую длину и носят название волокон. В состав мышечных волокон входит большое количество миофибрилл — тонких волоконец, содержащих особые белки — миозин и актин, способные к сокращению. Механизм сокращения запускается нервным импуль­сом, а источником энергии служат молекулы АТФ. Расслабляются мышечные волокна пассивно.

Скелетная мышца — орган, образованный поперечно-полосатой мышечной тканью и содержащий, кроме того, соединительную ткань, нервы и сосуды. Мышца окружена футляром из соединительной тка­ни. В теле человека их насчитывается более 600. Мышца имеет тело, или брюшко, и два сухожильных конца, с помощью которых она при­крепляется к кости. Форма мышц разнообразна и в значительной степени зависит от функционального назначения. Функционально мышцы можно разделить на сгибатели и разгибатели, вращатели кна­ружи и кнутри, приводящие и отводящие. Выделяют мышцы синер-гисты и антагонисты. Первые совместно выполняют какое-либо движение, вторые — противоположные движения. По месту располо­жения выделяют мышцы спины, груди, живота, головы, шеи, верхних и нижних конечностей.

Сократимость — основное свойство мышцы — характеризуется ее способностью укорачиваться или развивать мышечное напряжение. Мышца сокращается под влиянием нервных импульсов, поступающих из различных центров головного мозга. Непосредственная связь осу­ществляется через низшие отделы центральной нервной системы, расположенные в спинном мозге. В передних рогах спинного мозга имеются мотонейроны, аксоны которых идут к скелетным мышцам. Здесь между нервным и мышечным волокнами образуется нервно-мышечный синапс, в котором возбуждение передается, так же как в синапсах ЦНС, химическим путем с помощью медиаторов. В ответ на раздражение импульса в мышце развивается процесс возбуждения.

Уровень возбудимости мышцы — важнейший показатель, харак­теризующий функциональное состояние нервно-мышечного аппара­та. Процесс возбуждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в клетках мышечной ткани и ее биоэлектрических свойств. Биоэлектрические процессы в мышцах можно регистрировать с по­мощью специального прибора и записывать миограммы. Сокращение поперечно-полосатых мышц связано с затратой большого количества энергии, источником которой служат продукты питания.

Деятельность мышц в значительной степени характеризуется ла­бильностью — скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения. Лабильность мышечных волокон значительно ниже, чем лабильность нервных волокон. Уровни возбудимости и лабильности мышцы меняются под действием различных факторов. Например, физическая зарядка повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные на­грузки — понижают.

Сила мышц измеряется тем максимальным напряжением, которое она способна развить. Выносливость мышц, определяемая способ­ностью длительное время выполнять динамическую и статическую работу, увеличивается постепенно и продолжает повышаться до 40, а иногда до 60 лет.

Повышение выносливости с возрастом связано с регулярной мы­шечной тренировкой. За день ребенок может проходить до 20 км, а взрослый дистанцию в 40 км и более не за день, а за 3 — 5 ч.

Роль движения в жизни человека. Естественные движения че­ловека весьма разнообразны. В процессе движения мышцы, сокра­щаясь, совершают работу. Динамическая работа связана с мышечной работой, при этом сокращения мышц всегда сочетаются с их укоро­чением. Статическая работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В реальных условиях работа мышц всегда смешанная, однако в движениях человека может преобладать либо динамический, либо статический компонент.

Способность человека длительно совершать физическую работу называют физической работоспособностью. Величина ее зависит от пола, возраста, тренированности, факторов окружающей среды (вре­мя суток, температура, содержание кислорода в воздухе и т.д.), функ­ционального состояния организма. Единица измерения физической работоспособности — килограммометр в минуту. Для сравнительной характеристики физической работоспособности рассчитывают отно­сительную физическую работоспособность, разделив общее количе­ство произведенной работы за 1 мин на массу тела человека. Средний уровень физической работоспособности юноши 20 лет составляет 15,5 кгм-кг/мин, а спортсмена такого же возраста — 25 кгм-кг/мин. Определение физической работоспособности может использоваться для характеристики общего физического развития и состояния здо­ровья детей и подростков.

Утомление мышц — временное понижение их работоспособности после относительно большой физической нагрузки. Оно обусловлено процессами, происходящими в центральной нервной, сердечно-сосу­диетой, дыхательной и эндокринной системах. После отдыха утомле­ние исчезает. Мышечное утомление — нормальный физиологический процесс. Однако чрезмерное мышечное напряжение вредно сказыва­ется на состоянии организма (особенно сердечно-сосудистой системы) и может стать причиной тяжелых патологических нарушений.

Вместе с тем известно, что интересная работа, т.е. работа, связан­ная с получением полезного результата, обусловленного потребно­стями данного человека, долго не вызывает утомления, а неинтересная, даже при малых нагрузках, вызывает его весьма быстро. Следователь­но, ведущий фактор развития утомления — отсутствие потребности в данном виде деятельности и общее функциональное состояние орга­низма — настрой на работу или нежелание ее делать — играет главную роль в развитии утомления.

Утомление — нормальный физиологический процесс, выработанный в процессе эволюции для защиты физиологических систем от переутом­ления, которое уже является патологическим процессом и характеризу­ется расстройством деятельности нервной и других систем организма.

Рациональный отдых быстро восстанавливает утраченную рабо­тоспособность организма. При этом следует помнить, что отдых дол­жен быть активным, т.е. лучший отдых — смена видов деятельности. После спортивной тренировки полезно сесть за книги, а после учебных занятий — поиграть в футбол, заняться уборкой квартиры.

У человека с функциями опорно-двигательного аппарата связано то, что обеспечило ему преимущество перед остальными представи­телями животного мира — труд и речь, которые стали важнейшими движущими силами антропогенеза. Особое значение мышечная дея­тельность имеет для развивающегося организма ребенка. Движения — важнейший фактор нормального развития ребенка, начиная с внут­риутробного периода. В постнатальном периоде двигательная актив­ность приобретает еще большее значение. Младенец около 50 % своего времени проводит в движении. Ограничивать его двигательную активность — значит тормозить развитие ребенка.

Постоянные мышечные нагрузки благоприятно сказываются на развитии ребенка: улучшается состояние сердечно-сосудистой и ды­хательной систем, ускоряется функциональное созревание головного мозга. Тренировка тонких движений пальцев рук способствует быст­рому овладению речью. Таким образом, движения для ребенка не только важный фактор физического становления, но и необходимость для развития высших психических функций: речи и мышления.

Нельзя забывать, что организм человека на любом возрастном этапе представляет собой единое целое. Все его физиологические системы: нервная, опорно-двигательная, сердечно-сосудистая и др. — тесно взаимосвязаны, поэтому функциональные изменения в одной из них приводят к изменению деятельности другой. Нервная система управляет деятельностью опорно-двигательного аппарата, вызывая мышечное сокращение и обеспечивая согласованную работу мышц.В свою очередь, мышечная деятельность в разумных пределах оказы­вает тонизирующее влияние на функциональное состояние всех от­делов нервной системы.

Положительно влияет мышечная деятельность и на вегетативные функции организма: активируется дыхание и работа сердечно-сосу­дистой системы, нормализуются процессы обмена веществ, выделения и др. Ограничение подвижности или мышечные перегрузки нарушают гармоничность развития и играют не последнюю роль в развитии многих заболеваний.

Возрастные особенности развития мышечной системы и мо­торики. В процессе онтогенеза мышечная система претерпевает значительные структурные и функциональные изменения. Образова­ние мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно, т. е. в первую очередь формируются скелетные мышцы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном возрастном этапе. Активный рост мышечной ткани наблю­дается до 7 лет и в период полового созревания. В 14—15 лет структу­ра мышечной ткани практически не отличается от структуры мышеч­ной ткани взрослого, однако утолщение мышечных волокон может продолжаться до 30—35 лет.

Развитие мышц верхних конечностей обычно опережает развитие мышц нижних конечностей. У годовалого ребенка мышцы рук и пле­чевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интен­сивно мышцы рук развиваются в 6—7 лет и в период полового созре­вания. В процессе онтогенеза значительно меняются функциональные свойства мышц. Увеличиваются их возбудимость и лабильность, из­меняется мышечный тонус. У новорожденного преобладает тонус мышц-сгибателей, поэтому руки и ноги грудных детей чаще находят­ся в согнутом состоянии. Кроме того, у маленьких детей плохо выра­жена способность мышц к расслаблению, с чем связана скованность ихдвижений.

До 6—7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно короткое время. Затем, вслед за развитием центральной нервной системы и в первую очередь коры головного мозга, постепен­но развивается точность движений и совершенствуется способность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях. Наиболее интенсивно ловкость продолжает развиваться и совершенствоваться до 17 лет. Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем возрасте — с 10 до 13— 15 лет. У девочек этот процесс начинается раньше, а у мальчиков позже, однако они превосходят девочек по этому показателю, особенно начиная с 13 —14 лет.

Движения человека, которые осуществляются благодаря сокраще­ниям мышц, имеют рефлекторную природу и возникают под дейст­вием импульсов, поступающих от нервных центров. Деятельность нервных центров определяется раздражениями из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. В процессе движения мозг на основе обратных связей получает сигналы о ходе его осуществления и вносит определенные коррективы в движение с целью получения желаемого результата. Таким образом, функционирует функциональ­ная система двигательного анализатора, представляющая собой не­прерывный поток нервных импульсов, идущих от периферических рецепторов (проприорецепторов) в мозг, а от него — к органам-ис­полнителям — мышцам. Сокращения мышц вновь регистрируются периферическими рецепторами, от них поток нервных импульсов поступает к нервным центрам и т.д. К 13 — 15 годам формирование всех отделов двигательного анализатора заканчивается и после 15 лет движения становятся более пластичными.

В процессе возрастного развития опорно-двигательного аппарата и двигательного анализатора и под влиянием окружающей среды (физическая активность, занятия физкультурой и спортом) изменя­ются двигательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость, вынос­ливость мышц, совершенствуются движения. Однако это развитие происходит неравномерно. Прежде всего развиваются быстрота (скорость) движений, которая к 13 —14 годам достигает уровня взрос­лого человека, что обусловлено ускорением физиологических процес­сов в нервно-мышечном аппарате. К этому же возрасту в основном завершается развитие ловкости, связанное со способностью к точным координированным движениям. Для развития ловкости наиболее важен дошкольный и младший школьный период.

Позже других качеств развивается выносливость, которая харак­теризуется временем сохранения работоспособности на достаточно высоком уровне. Этот показатель имеет возрастные, половые и инди­видуальные отличия и в значительной степени связан с интересом к совершаемой работе, т. е. с потребностью и мотивационным возбуж­дением в центральной нервной системе. Выносливость к динамичес­кой и статической работе интенсивно нарастает с 11 —12 лет. В целом к 17 —19 годам выносливость школьников составляет около 85 % уров­ня взрослого и своего максимума достигает к 25 —30 годам.

Двигательная активность и координация движений у новорожден­ного далеко несовершенны. Набор его движений ограничен только безусловно-рефлекторными движениями. Особый интерес представ­ляет плавательный рефлекс, который также имеет врожденную без­условно-рефлекторную природу. Максимальное его проявление на­блюдается к 40-му дню после рождения ребенка. В этом возрасте ре­бенок способен совершать плавательные движения и держаться на иоде до 15 мин (при этом следует поддерживать голову ребенка, так как мышцы шеи еще очень слабы). В дальнейшем рефлекс плавания без повторения и подкрепления угасает, а ему на смену формируются другие двигательные навыки.

Развитие движений ребенка обусловлено не только созреванием опорно-двигательной и нервной системы, но в значительной степени лшисит от условий воспитания.

Все основные естественные движения, свойственные человеку (ходьба, бег, прыжки), и их координация формируются у ребенка до 3—5 лет. Вместе с тем координационные механизмы и в дошкольном и раннем школьном возрасте еще несовершенны. Однако дошкольник, несмотря на то что его движения плохо координированы и неловки, способен овладевать относительно сложными движениями. Именно поэтому в раннем возрасте дети начинают проявлять разнообразные двигательные умения (учиться музыке, танцам, пользоваться инстру­ментом, заниматься спортом). Овладение движениями, требующими точной координации (письмом и др.), начинается с 6 —7 лет и закан­чивается к подростковому возрасту.

Совершенствование движений и их координация продолжаются и в зрелом возрасте, если человек занимается систематической трени­ровкой и развитием этих движений, однако наиболее интенсивно этот процесс идет в первые годы жизни до подросткового возраста, поэто­му это время не должно быть упущено.

Вместе с тем совершенствование любых двигательных навыков, а это все условные рефлексы, тесно связано с развитием нервной си­стемы ребенка, поэтому всякая задержка в развитии движений долж­на насторожить родителей и воспитателей и заставить их обратиться за помощью к специалистам.

В подростковом возрасте вследствие гормональных перестроек координация движений несколько нарушается, однако это временное явление, которое обычно после 15 лет исчезает. Окончательное фор­мирование механизмов координации заканчивается в подростковом возрасте, и к 18 — 25 годам они полностью соответствуют уровню взрослого человека. Возраст 18 — 30 лет — возраст расцвета двигатель­ных способностей человека.

Как уже упоминалось, в основе движений (профессиональных, трудовых, бытовых навыков) лежит образование временных связей в коре головного мозга (условных рефлексов) и последующее форми­рование из них сложных динамических стереотипов. Большое значе­ние в появлении и совершенствовании всех навыков имеет принцип доминанты, на основе которого возникает мотивация поведения.

В процессе любой двигательной активности, особенно спортивной и трудовой, совершенствуются координация движений, функции двигательного аппарата при активном участии вегетативной сферы, и в целом эта деятельность благоприятно влияет на физическое и психическое развитие.

Физические упражнения, соответствующие грудному возрасту, способствуют физическому развитию ребенка, совершенствованию основных нервных процессов, стимулируют развитие речи, повыша­ют внимание и создают благоприятный эмоциональный фон. Любые физические упражнения значительно повышают функциональные возможности физиологических систем организма, увеличивая его работоспособность и устойчивость к заболеваниям.

Под воздействием мышечной работы усиливается активность ги­поталамуса, что приводит к увеличению количества выделяемых ги­пофизом кортикотропного и тиреотропного гормонов, а также гор­мона роста. В то же время секреция гонадотропинов тормозится. Таким образом, при физической работе гипофиз вырабатывает дополнитель­ные гормоны для стимуляции энергетических и пластических обмен­ных процессов, но тормозит активность половой сферы. Если работа приводит к утомлению, то стимуляция гипофизом коры надпочечни­ков прекращается.

В ответ на воздействие со стороны гипофиза щитовидная железа при мышечной работе может несколько повысить свою активность, выбрасывая в кровь добавочные порции тироксина, обеспечивая активацию тканевого дыхания. Параллельно возрастает уровень кальцитонина, который способствует укреплению костной ткани, поэто­му детренированность и гиподинамия нередко ведут к появлению хрупкости костей.

Гормоны щитовидной железы особенно активны в тех случаях, когда организм попадает в условия пониженной температуры, по­скольку тироксин усиливает продукцию тепла мышечными клетками и печенью, тем самым участвуя в регуляции температуры. Вилочковая железа (тимус), основная роль которой — участие в иммунных реак­циях организма, под влиянием напряженной мышечной деятельности также повышает свою эндокринную активность.

Поджелудочная железа сначала повышает свою активность, и со­держание инсулина в крови увеличивается — соответственно увели­чивается использование глюкозы тканями организма. Затем уровень инсулина снижается, и с этим связан переход на использование жиров в качестве питания для работающих мышц. Эта реакция чрезвычайно целесообразна, так как жиры представляют собой гораздо более эко­номичное «топливо» для мышц, чем углеводы.

Стимуляция со стороны гипофиза побуждает кору надпочечников вырабатывать дополнительные количества глюкокортикоидов. Бла­годаря этому мобилизуются белковые и углеводные ресурсы организ­ма, активизируются многие приспособительные реакции, в том числе со стороны сердечно-сосудистой системы. Однако чрезмерные нагруз­ки приводят к перерасходу и исчерпанию ресурсов глюкокортикоидов, что проявляется в форме синдрома переутомления и сопровождается головной болью, расстройством вегетативных функций, неприятны­ми ощущениями в области солнечного сплетения и т. п. Мозговой слой надпочечников первым реагирует на мышечную нагрузку резкой ак­тивацией продукции адреналина. При значительном утомлении со­держание адреналина и норадреналина во всех тканях тела, включая кровь, заметно снижается.

Интенсивная мышечная нагрузка тормозит продукцию женских половых гормонов — эстрогенов. В то же время силовые нагрузки, связанные с напряженными мышечными сокращениями, стимулиру-ют выработку мужских половых гормонов — андрогенов. Эта реакция обеспечивает рост мышц в процессе тренировок. Именно поэтому ее могут вызывать искусственно с помощью синтетических анаболиче­ских стероидов, запрещенных к применению в спорте наравне с дру­гими допингами. Использование допингов может приводить к безвоз­вратной утрате мужчинами потенции, а женщинами фертильности (способности вырабатывать яйцеклетки, пригодные для оплодотво­рения), а также к развитию сердечно-сосудистых и раковых заболева­ний.

Повышенный уровень андрогенов в крови мужчин, занимающих­ся тяжелым физическим трудом, особенно в периоды отдыха, способст­вует их повышенной половой активности. Умственная работа, напро­тив, угнетает половую функцию.

Детям до завершения полового созревания и окончания пубертат­ного скачка роста противопоказаны тяжелые физические нагрузки, связанные с поднятием тяжестей (спортивные единоборства, тяжелая атлетика и т. п.). Это обусловлено тем, что на фоне неустановившейся нейрогуморальной регуляции негативные последствия таких нагрузок могут проявиться как в преждевременной остановке роста, так и в ускоренном завершении полового созревания, что нередко отрица­тельно сказывается на состоянии здоровья в дальнейшем.