Строение и основные свойства мышечной ткани

Мышцы тела человека образованы в основном мышечной тканью, состоящей из мышечных клеток. Различают глад­кую и поперечнополосатую мышечную ткань. (Под микро­скопом клетки поперечнополосатой мускулатуры имеют поперечную исчерченность, связанную с различными опти­ческими свойствами определенных участков мышечных клеток: одни участки кажутся более темными, другие — более светлыми). Гладкая мышечная ткань образует глад­кую мускулатуру, которая входит в состав некоторых внутренних органов, а поперечнополосатая образует ске­летные мышцы. Общим свойством мышечной ткани явля­ется ее возбудимость, проводимость и сократимость (способность сокращаться).

Поперечнополосатая мышечная ткань отличается от гладкой более высокой' возбудимостью, проводимостью и сократимостью. Клетки поперечнополосатой мускулату­ры имеют очень малый диаметр и большую длину (до 10—12 см). В связи с этим их называют волокнами.

Как и другие клетки, мышечные клетки имеют про­топлазму, которая называется саркоплазмой (от греч. саркос — мясо). Мембрана мышечных клеток называется сарколеммой. Внутри мышечного волокна находятся многочисленные ядра и другие составные части клеток.

В состав мышечных волокон входит большое количе­ство еще более тонких волоконец — миофибрилл, которые, в свою очередь, состоят из тончайших нитей — прото фибрилл. Протофибриллы — это сократительный аппарат мышечной клетки, они представляют собой специальные сократительные белки—миозин и актин. Механизм мы­шечных сокращений представляет собой сложный процесс физических и химических превращений, протекающий в мышечном волокне при обязательном участии сократительного аппарата. Запуск этого механизма осуществля­ется нервным импульсом, а энергия для процесса сокраще­ния поставляется аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). В этой связи особенностью строения мышечных волокон является также большое количество митохондрий, обеспечивающих мышечное волокно необходимой энергией. Расслабление мышечного волокна, по предположению многих умных, осуществляется пассивно, благодаря эластичности сарколеммы и внутримышечной соединительной ткани.

9.6.2. Строение, форма и классификация скелетных мышц. Анатомической единицей самой активной части мышечной системы человека — скелетной, или поперечно­полосатой, мускулатуры — является скелетная мышца. Скелетная мышца — это орган, образованный поперечно­полосатой мышечной тканью и содержащий, кроме того, соединительную ткань, нервы и сосуды.

Каждая мышца окружена своеобразным «футляром» из соединительной ткани (фасция и наружный перимизий). В поперечном срезе мышцы легко различаются скопления мышечных волокон (пучки), также окруженные соединительной тканью (внутренний перимизий, или эндомизий).

Во внешнем строении мышцы различают сухожильную головку, соответствующую началу мышцы, брюшко мыш­цы, или тело, образованное мышечными волокнами, и сухо­жильный конец мышцы, или хвост, с помощью которого мышца прикрепляется к другой кости. Обычно хвост мышцы является подвижной точкой прикрепления, а начало — неподвижной. В процессе движения их функции могут меняться: подвижные точки становятся неподвижными и наоборот.

Помимо указанных выше основных компонентов скелетной мышцы существуют различные вспомогательные

Образования способствующие оптимальному осуществле­нию движений.

Форма мышц очень разнообразна и в значительной степени зависит от функционального назначения мышцы. Различают длинные, короткие, широкие, ромбовидные, квадратные, трапециевидные и другие мышцы. Если мышца имеет одну головку, ее называют простой, если две или больше — сложной (например, двуглавая, трехглавая и четырехглавая мышцы).

Мышцы могут иметь две или несколько срединных частей, например прямая мышца живота; несколько конце­вых частей, например сгибатель пальцев кисти имеет четыре сухожильных хвоста.

Важным морфологическим признаком является распо­ложение мышечных волокон. Различают параллельное, косое, поперечное и круговое расположение волокон (у сфинктеров). Если при косом расположении мышечных волокон они присоединяются только с одной стороны сухо­жилиями, то мышцы называют одноперистыми, если с двух сторон — двуперистыми.

В зависимости от количества суставов, которые мышца приводит в движение, можно выделить односуставные, двухсуставные и многосуставные мышцы. Функционально мышцы можно разделить на сгибатели и разгибатели, вращатели кнаружи (супинаторы) и вращатели кнутри (пронаторы), приводящие мышцы и отводящие. Выделяют также мышцы-синергисты и мышцы-антагонисты. Первые образуют группу мышц, содружественно выполняющих какое-либо движение, сокращение вторых вызывает проти­воположные движения.

По месту расположения мышц, т. е. по их топографо-анатомическому признаку, выделяют мышцы спины, груди, живота, головы, шеи, верхних и нижних конечностей. Всего анатомы различают 327 скелетных мышц (парных) и 2 не­парные. Все вместе они в среднем составляют около 40 % массы тела человека (рис. 65).

Рис. 65. Мышцы человека. А — вид спереди; Б — вид сбоку (по А. И. Фа­деевой и др., 1982):

1 — длинная ладонная мышца, 2 — сгибатель пальцев, 3, 21 — сгибатели кисти, 4, 44 — трехглавая мышца плеча, 5 — клювоплечевая мышца, 6 —т большая круговая мышца, 7— широкая мышца спины, 8 — передняя зубчатая мышца, 9—наружная косая мышца живота, 10— подвздошно-поясничная мышца, // — прямая мышца бедра, 12—портняжная мышца, 13 — внутренняя широ­кая мышца, 14, 19 — передняя большеберцовая мышца, 15 — пяточное сухожи­лие, 16 — икроножная мышца, 17 — нежная мышца, 18 — крестообразная связка, 20 — малоберцовые мышцы, 22 — плечелучевая мышца, 23, 24 — дву­главая мышца плеча, 25 — дельтовидная мышца, 26 — большая грудная мышца, 27 — грудино-подъязычная мышца, 28 — грудино-ключично-сосцевидная мыш­ца, 29 — жевательная мышца, 30 — круговая мышца глаза, 31 — трапециевид­ная мышца, 32 — разгибатель кисти, 33, 38 — разгибатель пальцев, 34 — боль­шая ягодичная мышца, 35 — двуглавая мышца бедра, 36 — камбаловидная мышца, 37, 39 — длинная малоберцовая мышца, 40, 41 — широкая фасция бедра, 42 — ромбовидная мышца, 43 — подостная мышца, 45 —- плечевая мышца

9.6.3. Сократимость как основное свойство мышцы

Сократимость характеризуется способностью мышцы укорачиваться или развивать мышечное напряжение. Это способность мышцы связана с особенностями ее строения и функциональными свойствами.

Строение нервно-мышечного аппарата и двигательных единиц. Сокращение мышцы происходит под влиянием нервных импульсов, приходящих из различных центров головного мозга. Непосредственная связь мышц и управляющих нервных центров осуществля­ется через низшие отделы центральной нервной системы, расположенные в спинном мозге. Здесь имеются специаль­ные нейроны (мотонейроны), посылающие свои аксоны к скелетным мышцам. Аксоны, достигнув мышцы, развет­вляются, образуя особые окончания, передающие воз­буждение с нервного волокна на мышцу (нервно-мышечный синапс, или моторная пластинка). Строение не­рвно-мышечного синапса в общем виде сходно с синапса­ми, расположенными в ЦНС, но постсинаптическая мембрана находится на мышечном волокне. Передача нервных импульсов также осуществляется химическим пу­тем с помощью медиаторов (ацетилхолин).

Как правило, один, аксон дает множество нервных окончаний, образующих синапсы на различных мышечных волокнах, их количество колеблется от 5 до 2000. В резуль­тате возбуждение одного мотонейрона приводит к воз­буждению и сокращению всех иннервируемых им мы­шечных волокон. Эта совокупность — мотонейрон, нервно-мышечные синапсы и мышечные волокна называется двигательной единицей, которая, по сути, является фун­кциональной единицей мышцы. В мышцах, осуществляю­щих тонкие и сложные движения, двигательные единицы включают небольшое количество мышечных волокон (мышцы глаз, пальцев руки); мышцы, участвующие в осу­ществлении грубых движений, имеют двигательные едини­цы, включающие большое количество мышечных волокон. Сокращение мышечных волокон, составляющих одну дви­гательную единицу, происходит практически одновремен­но, но двигательные единицы одной мышцы сокращаются асинхронно, что обеспечивает плавность ее сокращения. Обычно количество двигательных единиц зависит от фун­кциональной роли данной мышцы и колеблется в значи­тельных пределах.

Возбудимость, биоэлектрические яв­ления в мышцах, лабильность мышц. В от­вет на раздражение в мышце развивается процесс воз­буждения. Как было отмечено выше, эта способность ткани называется возбудимостью (см. разд. 4.4.1). Уровень воз­будимости мышцы является одним из важнейших функци­ональных показателей, характеризующих функциональное состояние всего нервно-мышечного аппарата. Процесс воз­буждения мышцы сопровождается изменением обмена веществ в клетках мышечной ткани и соответственно изме­нением ее биоэлектрических особенностей. В основе биоэлектрических явлений мышцы так же, как и в нервной ткани, лежит перераспределение ионов К⁺ и Na+ между внутренним содержимым клетки и внеклеточным простран­ством. В результате в покое в мышечных клетках определя­ется потенциал покоя, равный 90 мВ. При возбуждении мышечной клетки появляется потенциал действия, равный 30—40 мВ, распространяющийся по всему мышечному волокну. Максимальная скорость проведения возбуждения составляет всего около 5 м/с, т. е. значительно меньше, чем в нервных волокнах (см. разд. 4.6).

Биоэлектрические процессы в мышцах можно регистри­ровать с помощью специального прибора — электроми­ографа, а метод записи биотоков мышц называют электро­миографией. Впервые идея этого метода была предложена в 1884 г. известным отечественным физиологом Н. Е. Вве­денским, которому удалось обнаружить потенциалы дей­ствия скелетных мышц с помощью телефона. В настоящее время этот метод получил широкое распространение и ис­пользуется для диагностики различных заболеваний мышц.

Деятельность мышц в значительной степени характери­зуется ее лабильностью — скоростью или длительностью протекания процесса возбуждения в возбудимой ткани (Н. Е. Введенский). Мышечные волокна обладают значи­тельно меньшей лабильностью в сравнении с нервными волокнами, 1но большей, чем лабильность синапсов.

Уровни возбудимости и лабильности мышцы не явля­ются постоянными и меняются при действии различных факторов. Например, небольшая физическая нагрузка (ут­ ренняя зарядка) повышает возбудимость и лабильность нервно-мышечного аппарата, а значительные физические и умственные нагрузки — понижают.

Изотоническое и изометрическое со­кращение мышцы. Сокращение мышцы может со­провождаться ее укорочением, но напряжение при этом остается постоянным. Такое сокращение называют изото­ническим. Если мышца напрягается, но укорочения не происходит, то сокращение мышцы называют изометриче­ским (например, при попытке поднять неподъемный груз).

В естественных условиях мышечные сокращения всегда носят смешанный характер и движения человека сопро­вождаются как изотоническими, так и изометрическими сокращениями мышц. Поэтому, характеризуя естествен­ные сокращения мышц, можно говорить лишь об относительном преобладании изотонического или изометрическо­го режима мышечной деятельности.

Таким образом, под влиянием нервного импульса, приходящего в мышцу через нервно-мышечный синапс, в мышце происходят биохимические и биоэлектрические изменения, которые обусловливают ее напряжение или сокращение. В экспериментальных условиях для мышечно­го сокращения достаточно одного нервного импульса. Такое сокращение мышцы называют одиночным, оно про­текает очень быстро, в пределах нескольких десятков миллисекунд. В естественных условиях в организме к мыш­це посылается всегда серия импульсов. В результате мышца не успевает полностью расслабиться после воз­буждения, вызванного предыдущим импульсом, как новый импульс вновь вызывает ее напряжение и т. д. Иначе гово­ря, одиночные сокращения суммируются в одно более продолжительное сокращение, которое называют титаническим сокращением или тетанусом. Именно тетанус обес­печивает длительность и плавность мышечных сокраще­ний, с которыми мы сталкиваемся в естественных условиях нашей физической деятельности.

Рефлекторная природа мышечных со­кращений. Движения человека, в основе которых лежат сокращения мышц, имеют рефлекторную природу. Сократительные механизмы мышечных волокон срабаты­вают под влиянием нервных импульсов, идущих от нервных центров. Деятельность последних, в свою очередь, опреде­ляется раздражениями, приходящими из окружающей среды благодаря деятельности органов чувств. Кроме того, в процессе самого' движения мозг на основе обратных связей постоянно получает сигналы о ходе его осуществле­ния. Так образуется рефлекторное кольцо, представляю­щее собой беспрерывный поток нервных импульсов, иду­щих от периферических рецепторов (проприорецепторы) в мозг, от него — в исполнительные органы (мышцы), сокращения которых регистрируются периферическими ре­цепторами, а оттуда снова поток нервных импульсов устремляется к нервным центрам (см. разд. 4.7).

9.6.4. Сила мышц. Сила мышцы измеряется тем макси­мальным напряжением, которое она способна развить в условиях изометрического сокращения. Например, если в условиях эксперимента изолировать мышцу животного и раздражать ее, подвешивая различные грузы, то насту­пит момент, когда мышца не сможет поднять груз, но в состоянии его удержать, не изменяя своей длины. Этот груз будет характеризовать максимальную силу. Ее величина будет зависеть, прежде всего от количества и толщины мышечных волокон, образующих мышцу. Количество и толщина мышечных волокон обычно определяется по физи ологическому поперечнику мышцы, под которым понимается площадь поперечного разреза мышцы (см²), проходя­щею через все мышечные волокна. Толщина мышцы не всегда совпадает с ее физиологическим поперечником. Например, при равной толщине мышцы с параллельным и перистым расположением волокон значительно отлича­ются по физиологическому поперечнику. Перистые мышцы имеют больший поперечник и обладают большей силой сокращения. Вместе с тем анатомическая толщина мышцы (анатомический поперечник), представляющая собой пло­щадь ее поперечного сечения, также характеризует силу мышцы. Чем толще мышца, тем она сильнее.

Важное значение для проявления силы мышцы имеют характер прикрепления мышцы к костям и точка приложе­ния силы в механических рычагах, образуемых мышцами, суставами и костями. Сила мышцы в значительной степени зависит от ее функционального состояния — возбудимо­сти, лабильности, питания. Максимальная сила отдельных мышц человека в сумме и сила, развиваемая человеком при его максимальном усилии, значительно различаются. Если бы все мышцы человека сократились одновременно и мак­симально, то сила, развиваемая ими, достигала бы 25 т. В естественных условиях произвольная максимальная сила человека всегда существенно меньше, так как ее проявление связано не только с углами приложения мы­шечном тяги в костных рычагах, снижающих в итоге максимальную силу, но также зависит от внутримышечной и межмышечной координации. Внутримышечная коорди­нации связана со степенью синхронности сокращения двигательных единиц мышцы, а межмышечная — со сте­пенью координированности участвующих в работе мышц, Чем выше степень внутри- и межмышечной координации, чем больше максимальная сила человека. Спортивные тренировки значительно способствуют совершенствованию них координационных механизмов, поэтому тренирован­ным человек обладает большей максимальной и относи­тельной силой, т. е. силой мышц, отнесенной на 1 кг массы тела.

9.6.5. Динамическая и статическая работа мышц. Физи­ческая работоспособность организма. Сокращаясь и на­прягаясь, мышца производит механическую работу, которая в простейшем случае может быть определена по формуле А = РН, где А — механическая работа (кгм), Р— вес груза (кг), Я — высота подъема груза (м).

Таким образом, работа мышц измеряется произведени­ем величины веса поднятого груза на величину укорочения мышцы. Из формулы легко вывести так называемое прави­ло средних нагрузок, согласно которому максимальная работа может быть произведена при средних нагрузках. Действительно, если Р = 0, т. е. мышца сокращается без нагрузки, то и А = 0. При Н = 0, что можно наблюдать, когда мышца не способна поднять слишком тяжелый груз, работа также будет равна 0.

Естественные движения человека весьма разнообраз­ны. В процессе этих движений мышцы, сокращаясь, со­вершают работу, которая сопровождается как их укороче­нием, так и их изометрическим напряжением. В этой связи различают динамическую и статическую работу мышц. Динамическая работа связана с мышечной работой, в про­цессе которой сокращения мышц всегда сочетаются с их укорочением. Статическая работа связана с напряжением мышц без их укорочения. В реальных условиях мышцы человека никогда не совершают динамическую или стати­ческую работу в строго изолированном виде. Работа мышц всегда является смешанной. Тем не менее, в движениях человека может преобладать либо динамический, либо статический характер мышечной работы. Поэтому часто, характеризуя мышечную деятельность в целом, говорят о ее статичности или динамичности. Например, работа студента на лекции может характеризоваться как статиче­ская, хотя здесь можно найти немало элементов динамиче­ской работы. С другой стороны, игра в футбол является динамической работой, но футболистам приходится вы­полнять и статические усилия.

Способность человека совершать длительное время физическую работу называют физической работоспособно­стью. Физическая работоспособность человека может быть определена с помощью специальных приборов — эргомет­ров (например, велоэргометров). Ее единица измерения — кгм/мин. Чем больше способен человек произвести работы в единицу времени, тем выше его физическая работоспо­собность. Величина физической работоспособности челове­ка зависит от возраста, пола, тренированности, факторов окружающей среды (температура, время суток, содержа­ние в воздухе кислорода и т. д.), функционального состоя­ния организма. Для сравнительной характеристики физи­ческой работоспособности различных людей рассчитывают общее количество произведенной работы за 1 мин, делят его на массу тела (кг) и получают относительную физиче­скую работоспособность (кгм/мин на 1 кг массы, т. е. кгм- кг/мин). В среднем уровень физической работоспо­собности юноши 20 лет составляет 15,5 кгм> кг/мин, а у юноши-спортсмена того же возраста он достигает 25.

В последние годы определение уровня физической работоспособности широко используют для характеристи­ки общего физического развития и состояния здоровья детей и подростков.

9.6.6.Влияние мышечной работы на функциональное
состояние физиологических систем организма. Мышечная работа требует деятельного состояния не только мышц и нервных клеток, регулирующих движение. Она связана с большими энергетическими затратами организма и в этой связи оказывает значительное влияние на все стороны его жизнедеятельности: увеличивается интенсивность обмена веществ и энергии, увеличивается приток кислорода в организм, более напряженно начинает функционировать сердечно-сосудистая система и т. д. Если энергетические
затраты организма в покое в среднем составляют 4,18 кДж/кг массы, то легкая работа (учителя, канцелярские служащие и др.) требует уже более 8,36 кДж/кг массы, работа средней тяжести (маляры, токари, слесари и др.) — 16,74 кДж/кг. Тяжелая физическая работа увеличивает расход энергии до 29,29 кДж/кг. В покое количество воздуха, прошедшее легкие за 1 мин, составляет 5—8 л, при физических нагрузках оно может увеличиваться до 50—100 л! Мышечная работа увеличивает также нагрузку на сердце. В покое оно при каждом сокращении выбрасывает в аорту до 60—80 мл крови, при усиленной
работе это количество возрастает до 200 мл.

Таким образом, мышечная работа оказывает широкое активизирующее влияние на все стороны жизнедеятельно­сти организма, что имеет большое физиологическое значе­ние: поддерживается высокая функциональная активность всех физиологических систем, значительно повышается общая реактивность организма и его иммунные качества, увеличиваются адаптационные резервы. Наконец, как уже указывалось, движения являются необходимым фактором нормального физического и психического развития ребен­ка.

9.6.7. Процессы физического утомления. Длительные и интенсивные мышечные нагрузки приводят к временному снижению физической работоспособности организма. Это физиологическое состояние организма называют утомле­нием. Физиологическая природа утомления пока остается загадкой. В настоящее время показано, что процесс утом­ления затрагивает прежде всего центральную нервную систему, затем нервно-мышечный синапс и в последнюю очередь мышцу. Впервые ведущее значение нервной систе­мы в развитии процессов утомления в организме было отмечено И. М. Сеченовым. «Источник ощущения устало­сти помещают обыкновенно в работающие мышцы,— писал он,— я же помещаю его... исключительно в цен­тральную нервную систему» '. Доказательством справед­ливости подобного заключения являются не только экспе­рименты в лаборатории, но и многочисленные примеры из жизни. Каждый знает, что интересная работа долго не вызывает утомления, а неинтересная — весьма быстро, хотя мышечные нагрузки в первом случае могут даже превосходить работу, совершаемую тем же самым челове­ком во втором случае. Следующий пример из клиники. Оказалось, что люди, у которых лишь недавно произведена ампутация руки или ноги, еще долгое время ощущают их наличие. Если таким людям дать задание мысленно рабо­тать отсутствующей конечностью, то они вскоре заявляют о своей усталости. Следовательно, процессы утомления у таких людей развиваются в центральной нервной систе­ме, так как никакой мышечной работы в данном случае не производится.

Утомление представляет собой нормальный физиологи­ческий процесс, выработанный в процессе эволюции для защиты физиологических систем от систематического пере­утомления, которое является патологическим процессом и характеризуется расстройством деятельности нервной системы и других физиологических систем организма. Ра­циональный отдых быстро восстанавливает утраченную работоспособность организма. Однако отдых должен быть активным. Иначе говоря, после физической работы по­лезно сменить род деятельности, так как полный покой гораздо медленнее восстанавливает силы. Например, после спортивной тренировки полезно сесть за книги, и наоборот, после учебных занятий — поиграть в футбол или заняться уборкой комнаты.

9.7. РАЗВИТИЕ МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Мышечная система ребенка в процессе онтогенеза претерпевает значительные структурные и функциональ­ные изменения. Формирование мышечных клеток и образо­вание мышц как структурных единиц мышечной системы происходит гетерохронно, т. е. сначала образуются те скелетные мышцы, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма ребенка на данном воз­растном этапе. Процесс «чернового» формирования мышц заканчивается к 7—8-й неделе пренатального развития. На этом этапе раздражение кожных рецепторов уже вызывает ответные двигательные реакции плода, что свидетельству­ет об установлении функциональной связи между тактиль­ной рецепцией и мышечной системой. В последующие месяцы интенсивно идет функциональное созревание мы­шечных клеток, связанное с увеличением количества миофибрилл и их толщины. После рождения созревание мышечной ткани продолжается. В частности, интенсивный рост волокон наблюдается до 7 лет и в пубертатном перио­де. Начиная с 14—15 лет микроструктура мышечной ткани практически не отличается от взрослого. Однако утолще­ние мышечных волокон может продолжаться до 30— 35 лет.

Развитие мышц верхних конечностей обычно пред­шествует развитию мышц нижних конечностей. Более крупные мышцы формируются всегда раньше мелких. На­пример, мышцы плеча и предплечья формируются быстрее мелких мышц кисти. У годовалого малыша мышцы рук и плечевого пояса развиты лучше, чем мышцы таза и ног. Особенно интенсивно развиваются мышцы рук в 6—7 лет. Общая масса мышц быстро нарастает в период полового созревания: у мальчиков — в 13—14 лет, а у девочек — в'11 —12 лет. Ниже приведены данные, характеризующие массу скелетных мышц в процессе постнатального разви­тия детей и подростков.

Таблица 14. Возрастные изменения максимальной частоты движений, воспроизводимых по звуковым сигналам в течение 10 с (в пересчете на 1 мин (по А. И. Васютнной и А. П. Тамбиевой, 1989)

	Мальчики и юноши	Девочки	и девушки
Возраст,	средняя частота	относительная	средняя	относительная
годы	движений	частота	частота	частота
		движений, %	движений	движений, %

Значительно меняются в процессе онтогенеза и функци­ональные свойства мышц. Увеличивается возбудимость и лабильность мышечной ткани. Изменяется мышечный тонус '. У новорожденного отмечается повышенный мы­шечный тонус, а мышцы, вызывающие сгибание конечно­стей, преобладают над мышцами-разгибателями. В резуль­тате руки и ноги грудных детей находятся чаще в согнутом состоянии. У них плохо выражена способность мышц к расслаблению, которая с возрастом увеличивается. С этим обычно связана скованность движений у детей и подростков. Только после 15 лет движения становятся более пластичными.

К 13—15 годам заканчивается формирование всех отделов двигательного анализатора, которое особенно ин­тенсивно происходит в возрасте 7—12 лет. В процессе развития опорно-двигательного аппарата изменяются дви­гательные качества мышц: быстрота, сила, ловкость и вы­носливость. Их развитие происходит неравномерно. Пре­жде всего развиваются быстрота и ловкость движений. Быстрота (скорость) движений характеризуется числом движений, которое ребенок в состоянии произвести за единицу времени. Быстрота определяется тремя показате­лями: скоростью одиночного движения, временем двига­тельной реакции и частотой движений. Скорость одиночно­го движения значительно возрастает у детей с 4—5 лет и к 13—14 годам достигает уровня взрослого. К 13—14 го­дам уровня взрослого достигает и время простой двига­тельной реакции, которая обусловлена скоростью физиоло­гических процессов в нервно-мышечном аппарате. Макси­мальная произвольная частота движений увеличивается с 7 до 13 лет, причем у мальчиков в 7—10 лет она выше, чем у девочек, а с 13—14 лет частота движений девочек превы­шает этот показатель у мальчиков. Наконец, максималь­ная частота движений в заданном ритме также резко увеличивается в 7—9 лет (табл. 14).

До 13—14 лет завершается в основном развитие ловко­сти, которая связана со способностью детей и подростков осуществлять точные, координированные и быстрые дви­жения. Следовательно, ловкость связана, во-первых, с про­странственной точностью движений, во-вторых, с времен­ной и, в-третьих, с быстротой решения сложных двигательных задач. Наиболее важен для развития ловкости дошкольный и младший школьный период. Так, например, наибольший прирост точности движений наблюдается с 4—5 до 7—8 лет. Причем способность воспроизводить амплитуду движений до 40—50 ° максимально увеличива­ется в 7—10 лет и после 12 практически не изменяется, а точность воспроизведения малых угловых смещений (до 10—15°) увеличивается до 13—14 лет. Интересно, что спортивная трениров­ка оказывает существен­ное влияние на развитие ловкости и у 15—16-лет­них спортсменов точность движений в два раза вы­ше, чем у нетренирован­ных подростков того же возраста.

Таким образом, до 6— 7 лет дети не в состоянии совершать тонкие точные движения в предельно ко­роткое время. Затем по­степенно развивается пространственная точность движений, а за ней временная. Наконец, в последнюю очередь совершенствуется способ­ность быстро решать двигательные задачи в различных ситуациях (рис. 66). Ловкость продолжает улучшаться до 17 лет.

Наибольший прирост силы наблюдается в среднем и старшем школьном возрасте, особенно интенсивно сила увеличивается с 10—12 до 13—15 лет (табл. 15). У девочек прирост силы происходит несколько раньше, с 10—12 лет, а у мальчиков — с 13—14. Тем не менее мальчики по этому показателю во всех возрастных группах превосходят дево­чек но особенно четкое различие проявляется в 13—14 лет.

Таблица 15. Максимальная сила различных групп мышц у нетренированных лиц разного возраста, кг (по А. В. Коробкову, 1958)

Часть тела	Движение	Возраст, годы
4—5	6—7	9—11	13—14	16—17	20—30
Палец	Сгибание			2,2	2,8	4,8	6,2
	Разгибание	—	—	0,6	0,6	1,1	0,6
Кисть	Сгибание	5,2	8,0	9,8	13,8	26,2	27,2
	Разгибание.	4,6	5,5	9,1	12,9	15,3	22,5
Предплечье	Сгибание	5,4	7,3	15,0	16,3	27,7	32,3
Разгибание	5,0	6,1	14,8	14,7	22,4	28,5
Плечо	Сгибание	5,5	7,7	20,0	22,8	46,1	47,9
	Разгибание	5,5	7,7	17,7	22,4	41,9	46,5
Туловище	Сгибание	8,2	10,2	21,3	21,5	43,3	44,9
Разгибание	14,6	24,2	57,5	83,1	147,8	139,0
Шея	Сгибание	4,6	7,7	10,6	16,5	17,4	20,0
	Разгибание	5,5	7,3	14,0	13,8	35,8	36,2
Бедро	Сгибание	6,0	7,9	19,5	25,8	33,9	32,4
Разгибание	7,9	13,8	37,1	49,3	95,4	108,2
Голень	Сгибание	4,6	5,0	12,1	15,2	22,7	25,2
	Разгибание	6,7	8,4	17,7	28,0	47,6	59,8
Стопа	Сгибание
	(тыльное)	—	—	14,6	16,2	29,2	38,5
	Сгибание
	(подошвенное)	9,1	20,9	40,7	59,2	110,7	98,5

Позже других физических качеств развивается вы­носливость, характеризующаяся тем временем, в течение которого сохраняется достаточный уровень работоспособ­ности организма. Существуют возрастные, половые и инди­видуальные отличия в выносливости. Выносливость детей дошкольного возраста находится на низком уровне, осо­бенно к статической работе. Интенсивный прирост вы­носливости к динамической работе наблюдается с 11 —

12 лет. Так, если принять объем динамической рабо­ты школьников 7 лет, за 100 %, то у 10-летних он будет составлять 150 %, а у 14—15-летних подрост­ков — более 400 % (М. В. Антропова, 1968). Так же интенсивно с 11 — 12 лет нарастает у школь­ников выносливость к ста­тическим нагрузкам (рис. 67). В целом к 17—19 го­дам выносливость школь­ников составляет около 85 % уровня взрослого. Своего максимального уровня она достигает к 25—30 годам.

9.8. РАЗВИТИЕ ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ И КООРДИНАЦИИ ДВИЖЕНИЙ

Двигательная активность и координация движений у новорожденного далеко не совершенна. Набор его движе­ний весьма ограничен и имеет только безусловно-рефлек­торную основу. Особый интерес вызывает плавательный рефлекс, который также имеет безусловно-рефлекторную природу. Максимальное проявление рефлекса плавания наблюдается к 40-му дню постнатального развития. В этом возрасте ребенок способен совершать в воде плава­тельные движения и держаться на ней до 15 мин. Есте­ственно, что голова ребенка должна поддерживаться, так как его собственные мышцы шеи еще очень слабы. В даль­нейшем рефлекс плавания и другие безусловные двига­тельные рефлексы угасают, а им на смену формируются различные двигательные навыки.

Развитие движений ребенка обусловлено не только созреванием опорно-двигательной и нервной системы, оно зависит также и от условий воспитания. Все основные естественные движения, свойственные человеку (ходьба, лазанье, бег, прыжки и т. д.), и их координация формиру­ются у ребенка до 3—5 лет. При этом большое значение для нормального развития движений имеют первые недели жизни. Естественно, что координационные механизмы и в дошкольном возрасте еще несовершенны. Известный советский физиолог Н. А. Бернштейн охарактеризовал мото­рику дошкольного возраста как «грациозную неуклю­жесть». Несмотря на то что движения дошкольника плохо координированы и неловки, дети способны овладевать относительно сложными движениями. В частности, именно в этом возрасте дети учатся орудийным движениям, т. е. двигательным умениям и навыкам пользоваться ин­струментом (молотком, ножницами, гаечным ключом и т. д.). С 6—7 лет дети овладевают письмом и другими движениями, требующими тонкой координации. Формиро­вание координационных механизмов движений заканчи­вается к подростковому возрасту, и все виды движе­ний становятся доступными для мальчиков и девочек (В. С Фарфель, 1959). Конечно, совершенствование дви­жений и их координация при систематических упражнени­ях могут продолжаться и в зрелом возрасте, например у музыкантов, спортсменов, артистов цирка и др. (см. рис. 66).

Таким образом, развитие движений и механизмов их координации наиболее интенсивно идет в первые годы жизни и до подросткового возраста. Их совершенствова­ние всегда тесно связано с развитием нервной системы ребенка, поэтому всякая задержка в развитии движений должна насторожить воспитателя. В таких случаях не­обходимо обратиться за помощью к врачам и проверить функциональное состояние нервной системы детей. В под­ростковом возрасте координация движений вследствие гормональных перестроек в организме ребенка несколько нарушается. Однако это временное явление, которое обыч­но после 15 лет бесследно исчезает. Общее формирование всех координационных механизмов заканчивается в под­ростковом возрасте, а к 18—25 годам они полностью соответствуют уровню взрослого человека. Возраст в 18— 30 лет считают «золотым» в развитии моторики человека. Это возраст расцвета его двигательных способностей.

9.9. ФИЗИОЛОГИЯ ТРУДОВЫХ ПРОЦЕССОВ И ФИЗИЧЕСКИХ УПРАЖНЕНИЙ

В основе формирования трудовых и спортивных движе­ний лежит образование систем временных связей в коре головного мозга и последующее формирование из них сложных динамических корковых стереотипов. Важное значение имеет также явление доминанты, наблюдаемое в процессе трудовой и спортивной деятельности (А. А. Ух­томский, 1923; С. А. Косилов, 1965). Одновременно с со­вершенствованием нервных процессов идет их тончайшая координация с функциональной активностью двигательно­го аппарата и всей вегетативной сферой. Столь широкие функциональные изменения, происходящие в организме детей и подростков в процессе трудовой и спортивной деятельности, оказывают благоприятное влияние на их физическое и психическое развитие. Естественно, что труд и физические упражнения стимулируют процессы роста и развития ребенка только тогда, когда решение педагоги­ческих задач сочетается должным образом с функциональ­ными возможностями детского организма, со степенью зрелости его физиологических систем.

Разумная организация физических упражнений уже в грудном возрасте способствует физическому развитию ребенка, совершенствует его основные нервные процессы, повышает внимание, стимулирует развитие речи и создает благоприятный эмоциональный фон (А. Ф. Тур, 1960; К- Д. Губерт, М. Т. Рысс, 1970). Параллельно совершен­ствованию нервной системы физический труд и физические упражнения значительно повышают функциональные воз­можности физиологических систем детского организма, увеличивают его работоспособность и устойчивость к забо­леваниям.

К сожалению, некоторые учителя и родители, уде­ляя много внимания интеллектуальному и эстетиче­скому воспитанию детей и подростков, недооценивают роль физического воспитания в их общем физическом и умствен­ном развитии. Такое противопоставление физического и умственного воспитания глубоко ошибочно и наносит развитию детей и подростков непоправимый вред. Со­гласно современным физиологическим и психологическим исследованиям, между физической и психической деятель­ностью ребенка существует прямая и тесная связь, сохра­няющаяся в его последующей жизни. В частности, показа­на тесная корреляция между двигательной системой ре­бенка и его успеваемостью в школе. Оказалось, что около 30 % неуспевающих учащихся младших классов имеет различные нарушения в двигательной сфере. Выявлена прямая зависимость между двигательной активностью ре­бенка, его умственным развитием и умственной работоспо­собностью. Чем более активен ребенок в двигательной деятельности, тем более интенсивно идет его умственное развитие. Данная зависимость не теряет своего значения и в жизни взрослого человека: чем более он активен в дви­гательной деятельности, тем более он активен и продукти­вен в психической деятельности, тем более значимой личностью он становится в трудовой и общественной жиз­ни. Эта связь между общим физическим развитием детей и подростков и их умственными способностями отмечалась еще великими мыслителями-материалистами прошлого. «Если вы хотите воспитать ум вашего ученика,— писал в одном из своих философских и педагогических произве­дений Ж--Ж- Руссо,— воспитывайте силы (телесные), которыми он должен управлять. Постоянно упражняйте его тело; сделайте его здоровым и сильным, чтобы сделать умным и рассудительным; пусть он работает, действует, бегает, кричит; пусть всегда находится в движении; пусть будет он человеком по силе, и вскоре он станет им по разу­му».

Таким образом, правильно организованное воспитание детей и подростков в семье и школе должно объединять все воспитательные воздействия в единую систему, способ­ствующую в должной мере физическому и умственному развитию подрастающего поколения.

В заключение следует отметить, что физический труд и физические упражнения необходимы человеку любого возраста, так как в любом возрасте они являются важным условием укрепления и сохранения здоровья человека. Особенно возрастает роль физического труда и спорта в настоящее время, когда городской транспорт, густая сеть шоссейных и железных дорог, морские и воздушные лайне­ры сделали жизнь современного человека малоподвижной. Современное производство не требует от человека физиче­ской выносливости и мускульной силы. Труд рабочего превращается в работу оператора, следящего за показани­ями приборов и с помощью автоматических систем управ­ляющего производством.