«Возрастные особенности мышечной системы ребенка»

1. Созревание нервно-мышечного аппарата

Мышцы осуществляют двигательную функцию организма в целом и его отдельных органов. Различают поперечнополосатые и гладкие мышцы. Мышечные волокна, образующие мышцу, обладают свойствами возбудимости и сократимости. Сокращение скелетных (поперечнополосатых) мышц возникает под влиянием импульсов, приходящих из центральной нервной системы. Различают мышцы красные, более богатые мышечным гемоглобином – миогематином, и белые. Функционально красные мышцы отличаются от белых тем, что медленно сокращаются, но не так быстро утомляются и могут находиться в сокращенном состоянии более длительное время, выполняя преимущественно статические действия по поддержанию равновесия и позы (1, с. 199).

Мышечные образования в стенках внутренних органов состоят из гладкомышечной ткани, которые при нервных и гуморальных воздействиях обеспечивают поддержание тонуса в полостях органов и сосудах.

К мышцам относится ряд вспомогательных аппаратов: фасции, влагалища сухожилий и т.д. В толще скелетных мышц и их сухожилий располагаются рецепторы, воспринимающие механические раздражения, возникающие при напряжении и сокращении мышц и являющиеся звеном кинестатического анализатора (мышечное чувство).

Развитие мышц в антенатальном периоде характеризуется тем, что в возрасте 5 нед. в миобластах начинается синтез мышечных белков – миозина и актина, образующих сократительные нити – миофиламенты. Одновременно начинается синтез холинорецепторных белков, которые встраиваются в клеточную мембрану и обусловливают появление ее чувствительности к ацетилхолину. На 5–10-й недели формируются миотрубки. Мембраны соседних миотрубок соприкасаются между собой, образуя деловые контакты (нескусы). В результате потенциал действия, возникающий в одной из миотрубок, может распространяться по всей мышце. У зародыша 8 нед анатомически различаются почти все мышцы. У плода 9–10 нед развиты сухожильные окончания мышц. В дальнейшем электрические контакты между миотрубками исчезают. С 20-й недели миотрубки превращаются в мышечные волокна.

В постнатальный период рост мышечной массы происходит неравномерно. У новорожденного масса мышц составляет 23% общей массы тела (у взрослого человека – 44%). Рост мышечной массы происходит в основном за счет увеличения продольных и поперечных размеров каждого мышечного волокна (90%), тогда как общее число их увеличивается незначительно (10%). Рост же миона в толщину происходит за счет увеличения количества миофибрилл в нем. Строение мышцы иллюстрирует рис. 1.

Менее интенсивный рост мышечной массы наблюдается в первый год жизни, когда ребенок еще не начал ходить. В конце первого года жизни масса мышц составляет 16% массы тела. В результате тренировки мышечная масса увеличивается более интенсивно и к 8 годам жизни достигает 27% массы тела, у подростков 15 лет – 33%, у юношей 16–17 лет – 44%, т.е. как у взрослых (до 15 лет ежегодный прирост мышечной массы составляет 0,7–0,8%, в возрасте от 15 до 17 лет – 5–6%) (3, с. 51). Рост мионов в длину осуществляется благодаря почкам роста на концах волокон, примыкающих к сухожилиям. К миофибриллам на концах волокон без изменения их длины пристраиваются новые саркомеры. Мышечные волокна у новорожденных примерно в 5 раз тоньше, чем у взрослых, богаты саркоплазмой, поперечная исчерченность их слабо выражена.

В первые 3 года жизни происходит не только усиленное образование миофибрилл, но и интенсивное развитие всех видов внутримышечной соединительной ткани. В период от 3 до 7 лет число миофибрилл в мышечном волокне увеличивается в 15-20 раз. Во всех мышцах интенсивно растут сухожилия, продолжает разрастаться соединительная ткань. В 6 лет в основном заканчивается созревание мионов, расположение в них миофибрилл становится плотным. В 15–18 лет продолжается рост поперечника мышечных волокон, внутримышечных соединительнотканных волокнистых образований, а следовательно, и всей мышцы. Развитие сосудистой системы и иннервации мышцы продолжается до 25–30 лет.

Иннервация мышц. Представляет интерес то обстоятельство, что рецепторный аппарат формируется в более быстром темпе и в своем созревании опережает моторные нервные окончания. Формирование мышечного рецепторного аппарата начинается на 10–12-й неделе внутриутробной жизни. Двигательные нервные окончания в мышцах появляются на 13–14-й неделе внутриутробного развития. В дальнейшем их формирование продолжается. У плода 18 нед нервно-мышечные веретена содержат 5–6 мышечных волокон, а к моменту рождения эти образования достигают полного развития.

Афферентная иннервация, имеющая достаточно высокую степень зрелости у новорожденного, в первые годы жизни продолжает развиваться усиленно и к 7-8 годам по морфологической организации достигает уровня взрослых.

Помимо структурных изменений, происходящих в самих нервно-мышечных веретенах, с возрастом изменяется их распределение в мышце. Так, если у новорожденного и ребенка первого года жизни эти образования располагаются в мышцах чаще всего равномерно по всей длине, то уже к 4–11 годам обнаруживаются в большей степени в концевых третях мышц. С возрастом число мышечных веретен увеличивается, особенно значительно в тех участках мышцы, которые испытывают наибольшее растяжение: в проксимальной, затем в дистальной и менее всего в средней трети мышцы.

Развитие эфферентной иннервации значительно отстает от чувствительной, и только к 11-13 годам по своему строению она начинает приближаться к таковой у взрослых. В целом расширение двигательной бляшки, усложнение ее структуры продолжаются до 18–20 лет. Иннервация мышцы и рефлекторная дуга мышечного сокращения представлены на рис. 2.

Первый год жизни ребенка представляет собой период бурного становления мышечной функции и, разумеется, ее энергетического и вегетативного обеспечения. Этот этап продолжается до возраста 3 лет, после чего преобразования в мышцах тормозятся, и следующий этап начинается вместе с полуростовым скачком примерно в 5 лет. Важнейшим событием здесь является появление уже близких ко взрослому варианту типов мышечных волокон, хотя их соотношение еще является «детским», да и функциональные возможности вегетативных систем еще недостаточно велики. В школьном возрасте ребенок проходит еще целый ряд этапов, только на последнем из них достигая «взрослого» уровня регуляции, функциональных возможностей и энергетики скелетных мышц (4, с. 62):

1-й этап – возраст от 7 до 9 лет – период поступательного развития всех механизмов энергетического обеспечения с преимуществом аэробных систем;

2-й этап – возраст 9–10 лет – период «расцвета» аэробных возможностей, роль анаэробных механизмов мала;

3-й этап – период от 10 до 12–13 лет– отсутствие увеличения аэробных возможностей, умеренное увеличение анаэробных возможностей, развитие фосфагенного и анаэробно-гликолитического механизмов протекает синхронно;

4-й этап – возраст от 13 до 14 лет – существенное увеличение аэробных возможностей, торможение развития анаэробно-гликолитического механизма энергообеспечения; фосфагенный механизм развивается пропорционально увеличению массы тела;

5-й этап – возраст 14–15 лет – прекращение увеличения аэробных возможностей, резкое увеличение емкости анаэробно-гликолитического процесса, развитие фосфагенного механизма, по-прежнему, пропорционально увеличению массы тела;

6-й этап – период от 15 до 17 лет – аэробные возможности растут пропорционально массе тела, продолжают быстро расти анаэробно-гликолитические возможности, значительно ускоряется развитие механизмов фосфагенной энергопродукции, завершается формирование дефинитивной структуры энергообеспечения мышечной деятельности.

На процессы созревания энергетических и вегетативных систем огромное влияние оказывает половое созревание, так как половые гормоны непосредственно влияют на метаболические возможности скелетных мышц. Аэробное энергообеспечение, достигающее расцвета еще до начала пубертата, на первых его стадиях даже несколько ухудшается, однако к возрасту 14 лет отмечается новый рост возможностей аэробных систем энергообеспечения. Это связано, в частности, с внутренними потребностями мышц, которым для последнего этапа дифференцировок требуются мощные окислительные системы. Анаэробное энергообеспечение резко активируется уже на начальных стадиях полового созревания, затем (III стадия) темп его совершенствования замедляется, а после достижения IV стадии полового созревания (15–16 лет у мальчиков, 13–14 лет у девочек) наблюдается бурный рост анаэробных возможностей, особенно у юношей. Девушки в этот период уже сильно отличаются от юношей по характеру и уровню развития мышечной энергетики.

2. Функция и свойства мышц

У новорожденных главной функцией скелетной мускулатуры является участие в процессах терморегуляции. Поэтому стимулом двигательной активности скелетных мышц в этот период служит изменение температуры окружающей среды. В этот период для детей характерна постоянная активность скелетной мускулатуры. Даже во время сна мышцы находятся в состоянии выраженного тонуса. Постоянная активность скелетных мышц является стимулом бурного роста мышечной массы, конечностей, правильного формирования суставов. В процессе увеличения двигательной активности грудного ребенка терморегуляционная функция скелетной мускулатуры снижается и повышается локомоторная функция. К 5 годам происходят более интенсивное развитие разгибателей и увеличение их тонуса, что соответствует перераспределению мышечного тонуса, свойственного взрослому организму.

Возбудимость мышц плода крайне низка, что обнаруживается при прямом и непрямом раздражении. У детей также отмечается пониженная возбудимость нервно-мышечной системы, характеризующаяся большим порогом раздражения и обусловленная длительной хронаксией (свойство нервно-мышечной ткани отвечать на минимальное возбуждение с большей скоростью).

Развитие возбудимости в онтогенезе непосредственно зависит от становления физико-химических свойств мембран, величины и избирательности их проницаемости для ионов, т.е. формирования специализированных ионных каналов и ионных насосов.

Первым условием возбудимости клеток является трансмембранная разность потенциалов (потенциал покоя), которая в мионах новорожденных составляет 20-40 мВ (у взрослых – 70-80 мВ). Этот факт связан с изменением концентрации ионов в клетках в разные возрастные периоды. У новорожденных отмечается низкий уровень содержания ионов К⁺ в клетке и большее, чем у взрослых, содержание ионов Na⁺, поэтому потенциал действия значительно меньше, чем у взрослых, его амплитуда часто бывает меньше величины потенциала покоя. Потенциал действия мышечных волокон новорожденных не блокируется специфическим блокатором натриевых каналов – тетродотоксином. Он имеет большую длительность, от чего зависит большая длительность абсолютной и относительной рефрактерных фаз. В процессе роста в результате изменения свойств мембраны мышечного волокна (уменьшение проницаемости, улучшение работы ионных помп) потенциал покоя и соответственно потенциал действия возрастают и приближаются к таковым у взрослого (4, с. 63).

Проводимость. Скорость проведения возбуждения мышечных волокон плода и новорожденных детей низка; с возрастом она постепенно увеличивается. Причиной повышения скорости проведения возбуждения, как и для безмякотных нервных волокон, является увеличение толщины мышечного волокна и увеличение его потенциала действия.

Сократимость. Сократительные белки мышц эмбрионов характеризуются слабовыраженной способностью взаимодействовать с АТФ и отсутствием реакции (свойственной мышцам взрослых) взаимодействия между миозином и актином. Начальная дифференцировка мышечных волокон на быстрые и медленные происходит во второй половине периода внутриутробного развития. Особенностью мышц плода новорожденных является медленность одиночных сокращений как в фазе укорочения, так и в фазе расслабления, поэтому у новорожденных кривая одиночного мышечного сокращения резко растянута во времени по сравнению с кривой у взрослых. Кривая тетануса новорожденного имеет пологое начало и постепенное расслабление, напоминая таковую тетануса утомленной мышцы. Считают, что это связано с более быстрым накоплением метаболитов в мышцах новорожденного.

Кроме того, у новорожденных, как правило, отсутствуют различия скорости сокращения будущих быстрых и медленных мышц, хотя сами мышцы уже различаются по цвету (белые и красные) и по гистохимическим признакам. По скорости сокращения мышцы новорожденных совмещают признаки тонических и фазных мыши. В первые дни постнатальной жизни начинается разграничение этих мультифункциональных структур на медленные и быстрые мышцы, присущее взрослым. Увеличивается скорость сокращения и расслабления. В одних мышцах эти изменения происходят быстро, и мышцы превращаются в типичные быстрые фазные мышцы. В других мышцах этот процесс идет настолько постепенно, что и у взрослых медленные фазные мышцы остаются по существу мультифункциональными. В медленных волокнах в дальнейшем сокращения все больше замедляются.

Для раннего детского возраста характерным является отсутствие пессимального торможения мышц. Независимо от характеристики раздражителя по частоте и интенсивности мышцы отвечают тоническим типом сокращения, которое длится столько, сколько продолжается раздражение, без признаков перехода в состояние пессимума. Отсутствие выраженного пессимума связывают с недостаточным структурным оформлением мионевральных синапсов. К 3–5-му месяцу жизни гипертонус мышц, наблюдавшийся у новорожденного, утрачивается.

Лабильность (подвижность, изменчивость). Скелетные мышцы во внутриутробном периоде характеризуются чрезвычайно низкой лабильностью: они способны воспроизводить лишь 3–4 сокращения в секунду. Использование в качестве критерия лабильности наименьшей частоты электрических стимулов, при действии которых наступает переход мышечного сокращения от зубчатого к гладкому тетанусу, позволило установить, что во внутриутробном периоде при превышении оптимальной частоты мышца продолжает сокращаться столько времени, сколько длится раздражение. При этом не обнаруживается свойственное мышце взрослого организма состояние пессимума. Низкая функциональная лабильность эмбриональных мыши обусловливает их ярко выраженные тонические свойства (4, с. 64).

В раннем детском возрасте скелетные мышцы и иннервирующие их нервы также характеризуются низкой лабильностью, что объясняется длительностью абсолютной и относительной рефрактерных фаз, длительностью одиночного мышечного сокращения. С возрастом лабильность мышц увеличивается, что ведет, естественно, и к увеличению быстроты движений.

Эластичность мыши у детей раннего возраста значительно выше, чем у взрослых, и с возрастом уменьшается. Упругость и прочность мышц, напротив, с возрастом увеличиваются.

3. Сократительная деятельность мышц

Сила мышечного сокращения с возрастом повышается в результате увеличения общего поперечного сечения миофибрилл за счет роста мионов в толщину и за счет повышения плотности «упаковки» миофибрилл. Позднее возрастает и плотность расположения в мышцах мышечных волокон.

В пубертатном возрасте можно наблюдать также ускорение нарастания мышечной массы, которое достигает высшей точки на 6-м месяце, позже общего максимального ускорения роста, и по времени приблизительно совпадает с максимальным прибавлением массы тела (5, с. 93).

Мышечная сила достигает максимума примерно через 18 мес. после достижения верхней границы общего увеличения длины тела и примерно на год позже максимального нарастания мышечной массы. Повышение мышечной силы, по-видимому, вызывается воздействием андрогенных гормонов надпочечников и половых желез на белки и энзимы мышечных волокон, о чем свидетельствуют результаты опытов, в которых кастратам вводили тестостерон. Естественно, что развитие мышечной силы обусловлено и другими факторами (например, тренировкой), которые подлежат дальнейшему изучению.

Мышечная сила не является единственным критерием двигательной способности. Использование мышечной силы вызвано рядом других факторов, например видом и скоростью движения, степенью и длительностью приложения силы, взаимодействием мышечных групп, общей координацией двигательной деятельности и т.п. (табл. 1).

Таблица 1

Средние показатели мышечной силы в отдельные возрастные группы

Интенсивность развития мышечной силы зависит от пола. Различия между показателями мышечной силы у мальчиков и девочек выявляются по мере роста и развития и становятся более выраженными. В младшем школьном возрасте (7–8 лет) у мальчиков и девочек сила большинства мышечных групп одинакова. В дальнейшем разница в силе прогрессивно увеличивается и в 17 лет достигает максимума. Этот процесс идет неравномерно.

У девочек к 10–12 годам мышечная сила возрастает настолько интенсивно, что они становятся относительно и абсолютно сильнее мальчиков. В дальнейшем отмечается преимущественное повышение силы мышц у мальчиков. Особенно интенсивно она увеличивается у мальчиков в конце периода полового созревания. К 12–15 годам превышение силы у мальчиков над соответствующим показателем у девочек особенно выражено (на 30%).

Наибольший прирост мышечной силы у мальчиков отмечается в 15-16 лет. За период с 8 до 13 лет у мальчиков максимум средней силы увеличивается на 25%, у девочек – на 21% (7, с. 205). Следует отметить, что по этим показателям юноши 18 лет лишь приближаются к нижней границе показателей взрослых.

Работоспособность мышцы с возрастом также увеличивается, причем прирост количества работы, выполняемой ребенком за 1 мин, изменяется неравномерно.

Результаты исследований биотоков мышц при дозированной нагрузке также показывают неравномерность возрастных изменений суммарной биоэлектрической активности. Сопоставление средней величины этого показателя с количеством работы, выполняемой обследуемым, свидетельствует об отчетливом снижении суммарной биоэлектрической активности на единицу совершаемой работы, т.е. с возрастом улучшается «использование» мышцами нервного возбуждения.

Изменяется также характер биоэлектрической активности мышц. У большинства детей 7–9 лет «пачки» импульсов нечетко выражены, часто отмечается непрекращающаяся электрическая активность. По мере роста и развития ребенка участки повышенной активности все четче разделяются интервалами, на протяжении которых биопотенциалы не регистрируются. Это указывает на повышение качества функционирования двигательного аппарата.

Утомление. Чем младше ребенок, тем быстрее он утомляется. Это связано в основном с особенностями ЦНС, так как сама мышца может сокращаться практически без утомления длительное время. В трудном возрасте утомление наступает через 1,5–2 ч после начала бодрствования. Оно может развиваться и при неподвижности, длительном торможении движений. Большое значение имеет активный отдых (игры, занятия, физкультурные паузы и пр.).

Анализ мышечной работоспособности, зарегистрированной у детей 7-18 лет, показывает, что наибольшая эффективность отдыха для восстановления мышечной работоспособности отмечается в 7-9 лет, несколько уменьшается к 10-12 годам, резко уменьшается к 13-15 годам и снова повышается к 16-18 годам, не достигая, однако, уровня взрослых.

Развитие работоспособности двигательного аппарата в период созревания иллюстрируют средние величины мышечной силы у мальчиков и девочек в возрасте 9-18 лет, разделенных на отдельные возрастные группы. У девочек эти величины ниже, чем у мальчиков. Различия особенно четко выступают в возрасте старше 15 лет, когда нарастание мышечной силы у девочек почти приостанавливается, в то время как у мальчиков в возрасте 14-18 лет она продолжает равномерно повышаться. Это различие между мужчинами и женщинами наблюдается и в зрелом возрасте (6, с. 15).

Выносливость. С возрастом организм ребенка по-разному приспосабливается к физической нагрузке на фоне нарастающего утомления. Это приспособление выражается в способности продолжения работы с неснижающейся мощностью. У мальчиков 17 лет выносливость в 2 раза выше, чем у 7-летних. Наибольший прирост выносливости приходится на возраст 7-10 лет.

Однако отмечаемый в 13-16 лет уровень мышечной выносливости все еще значительно ниже, чем у взрослых. В 16–19 лет выносливость подростков составляет 85% величины этого показателя взрослых. Достигнув к 20–29 годам наивысшего уровня, выносливость в дальнейшем снижается и к 70 годам достигает четверти максимального уровня.

Представляют интерес половые различия в развитии выносливости. Известно, что у мальчиков всех возрастов, особенно в 12–14 лет, эта способность значительно выше, чем у девочек. В целом с 12–14 лет дети приобретают способность продолжать утомительную работу с неизменной мощностью, компенсируя нарастающее утомление за счет рефлекторного изменения функции основных вегетативных систем организма (дыхание, кровообращение и др.).

Координация. Замедленное развитие координации обусловлено пубертатным ускорением роста и объясняется временной диспропорцией и особенно непропорциональным ростом костей и мышц (неуклюжесть, неповоротливость). По достижении 15 лет наряду с развитием нервной системы и мышц у подростков постепенно нормализуются все функции, в том числе координация движений. Движения становятся более точными, создаются рабочие двигательные навыки, имеющие важное значение для работоспособности юноши.