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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рисунок 8.

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

Заключение

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

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

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

Список использованной литературы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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