В комплексе исследований физиологического статуса организма школьников 7 - 8 лет и 9 - 10 лет при мышечной деятельности изучению функций двигательной системы уделялось особое внимание. Это, во-первых, было связано с тем, что эффективность вегетативных процессов энергообеспечения в конечном итоге оценивается по результатам работы двигательного аппарата. Во-вторых, принимались во внимание экспериментальные факты, свидетельствующие о том, что проявление работоспособности и, в частности, отказ от работы могут быть обусловлены не только истощением аэробных и анаэробных ресурсов, но и функциональными изменениями в нервных центрах и нервно-мышечном приборе.
Как уже отмечалось, во время выполнения физической нагрузки регистрировались частота вращения педалей и механограмма движения ноги в коленном суставе. Эти показатели, биотоки четырехглавой и икроножной мышц правой ноги и латентное время сокращения четырехглавой мышцы бедра определялись до работы и в восстановительном периоде на 1, 3, 5, 8 и 10-й мин. Функциональное состояние двигательного аппарата мальчиков и девочек 7 - 8 и 9 - 10 лет изучалось при 4 нагрузках разной интенсивности: 100, 80, 70, 50% - от максимальной частоты педалирования, а следовательно, и от максимальной мощности работы каждого испытуемого.
Максимальная мощность работы с возрастом увеличивается, и у мальчиков она достоверно выше, чем у девочек (табл. 26). С уменьшением интенсивности работы на велоэргометре цикл педалирования закономерно удлиняется при урежении заданного темпа педалирования. У девочек и мальчиков разного возраста с уменьшением темпа вращения педалей уменьшается абсолютная мощность работы. Например, с уменьшением интенсивности работы на велоэргометре со 100 до 50% темп педалирования мальчиков 7 - 8 лет снизился на 86 об/мин. Абсолютная и относительная мощность работы уменьшилась также примерно в 2 раза. Что же касается продолжительности работы, выполняемой до отказа, и объема выполненной при этом работы, то они изменялись далеко не пропорционально с уменьшением интенсивности. Так, при максимальной частоте педалирования мальчики 7 - 8 лет работали всего 0,18 мин, а при частоте, равной 50% от максимальной, - 15,7 мин, т. е. в 87,2 раза дольше. У мальчиков 9 - 10 лет при снижении интенсивности работы в 2 раза продолжительность ее возрастала в 102 раза.
Подобная динамика наблюдалась и у девочек этих же возрастов. С уменьшением интенсивности также значительно изменяется объем выполненной работы, например: при интенсивности работ 100% объем ее у мальчиков 7 - 8 лет в среднем был равен 71 кГм, а при интенсивности 50% значительно возрос и составил уже 3077 кГм, т. е. увеличился в 43,3 раза. Подобное существенное увеличение объема выполненной работы наблюдалось и у девочек соответствующих возрастов.
Таким образом, с возрастом увеличивается максимальный темп педалирования, максимальная мощность работы и мощность работы, рассчитанная на 1 кг веса испытуемого (см. табл. 26). Вместе с тем с уменьшением интенсивности работы у всех испытуемых снижается темп педалирования, мощность выполняемой работы, увеличивается время и объем ее. У школьников 7 - 8 лет эти показатели достоверно ниже, чем у школьников 9 - 10 лет, а у девочек они ниже, чем у мальчиков соответствующих возрастов.
Рис. 26. Изменение продолжительности БА четырехглавой мышцы бедра у мальчиков и девочек 7 - 8 и 9 - 10 лет при выполнении работы разной интенсивности.
Обозначения: весь столбик - продолжительность цикла движения, заштрихованная часть - время биоэлектрической активности четырехглавой мышцы бедра
Показатели БА мышц (продолжительность БА, суммарная БА, частота осцилляций) закономерно изменяются с изменением интенсивности, а следовательно, и мощности выполняемой нагрузки как у мальчиков, так и у девочек исследуемых возрастных групп (рис. 26, 27). Продолжительность БА у всех обследованных школьников закономерно увеличивается с уменьшением интенсивности работы, т. е. с увеличением продолжительности цикла педалирования. Эти изменения наблюдаются в работе как четырехглавой, так и икроножной мышц. Между тем если выразить продолжительность БА в относительных величинах (в процентах ко времени цикла движения), то картина окажется иной: у всех исследуемых школьников с уменьшением интенсивности работы уменьшается процент времени, в течение которого исследуемые мышцы активны на протяжении одного цикла движения. Так, продолжительность БА исследуемых мышц при работе, производимой с максимальной интенсивностью, составляла 63 - 69% продолжительности цикла движения, а при работе 50% от максимальной интенсивности процент времени активности мышц на протяжении цикла движения отчетливо уменьшился и составил 50 - 51% для четырехглавой мышцы бедра и 52 - 54% для икроножной.
Рис. 27. Изменение суммарной БА четырехглавой и икроножной мышц ноги у мальчиков и девочек 7 - 8 и 9 - 10 лет при выполнении работы разной интенсивности.
Обозначения: белый столбик - четырехглавая мышца бедра, заштрихованный столбик - икроножная мышца
Таким образом, с уменьшением интенсивности работы у школьников младшего возраста уменьшается процент времени в цикле движения, в течение которого проявляется активность исследуемых мышц, а следовательно, увеличивается время в цикле движения, когда рабочая мышца не активна, и больше времени остается на восстановление затраченной на работу энергии. Отсюда становится понятным, почему с уменьшением интенсивности работы значительно возрастает время работы до отказа и ее объем. Со снижением интенсивности работы уменьшается и частота осцилляций биотоков мышц, но не столь выраженно, как суммарная БА. Падение БА работающих мышц со снижением интенсивности работы или силы напряжения мышц объясняется уменьшением количества работающих двигательных единиц, числа их разрядов и синхронности в работе.
Итак, полученные нами данные позволяют считать, что приспособление детей 7 - 10 лет к нагрузкам разной интенсивности происходит за счет изменения количества, синхронности в работе двигательных единиц и частоты осцилляций. Достоверных возрастных различий в изменении показателей БА мышц не обнаружено. Имеется лишь тенденция к тому, что суммарная БА исследуемых мышц у мальчиков 9 - 10 лет несколько выше, чем у 7 - 8-летних. Суммарная БА мышц у девочек 9 - 10 лет несколько ниже, чем у мальчиков.
В индивидуальных электромиограммах (ЭМГ) учащихся 7 - 10 лет, зарегистрированных в процессе движения, наблюдается значительное колебание как продолжительности БА, величины осцилляций, суммарной БА мышц, так и структуры распределения осцилляций в каждом цикле движения. Наибольшая вариабельность как темпа педалирования, так и показателей БА мышц наблюдается в начале выполнения дозированных нагрузок разной интенсивности. Так, у детей 7 - 8 лет на первых 5 с работы, выполняемой в максимальном темпе, коэффициент вариации (v) суммарной БА икроножной мышцы равнялся 39,0%, а в течение остального времени работы (10 с), он не превышал 27,0%, соответственные различия наблюдались и по четырехглавой мышце бедра (v=50,0% в начале работы и 24% в последующий ее период). Подобная закономерность в изменении вариабельности прослеживалась по всем показателям работоспособности и при трех других градациях (80; 70 и 50%) от максимальной интенсивности. Лишь перед отказом от работы вариабельность исследуемых показателей вновь увеличивается, что является одним из признаков утомления.
Наибольшая вариабельность всех показателей наблюдалась у детей 7 - 8 лет. Например, v суммарной БА икроножной и четырехглавой мышц при работе в пределах 70% от максимальной интенсивности у детей 7 - 8 лет, равнялся 32,0 - 35,0%, у 9 - 10-летних - 26 - 27%. Коэффициент вариации по продолжительности БА этих мышц при той.же работе у 7 - 8-летних соответственно равнялся 24,4 - 28,0%, а у 9 - 10-летних - 14,1 - 19,7%.
Вариабельность БА мышц девочек была выше, чем у мальчиков соответствующего возраста: v суммарной БА четырехглавой и икроножной мышц девочек 9 - 10 лет при всех нагрузках в среднем равнялся 28,0 - 39,0%, у мальчиков соответственно 15,0 - 22,0% (р<0,05). Вариабельность и нестандартность картины биотоков при работе одной и той же интенсивности - результат приспособления двигательной системы организма ребенка к постоянно изменяющимся условиям внешней внутренней среды. Наблюдаемая при этом колеблемость различных параметров БА мышц отражает регулирование нервной системой движений по ходу их выполнения, что согласуется с представлениями об управлении движениями.
Рассмотрим далее, какие изменения происходят в БА мышц при отказе от работы и наступлении утомления. Показано, что при утомлении мышечного аппарата повышается БА работающих мышц, снижается частота следования осцилляций и увеличивается синхронность работы двигательных единиц. Увеличение БА мышц при утомлении связывается со снижением силы сокращения. Для воспроизведения движений на заданном уровне в работу вовлекается большее количество двигательных единиц. Все перечисленные выше признаки наступления утомления в нервно-мышечном аппарате при работе до отказа наблюдались и у детей исследуемых нами возрастных групп, с той лишь разницей, что эти признаки были выражены не столь значительно, как у взрослых, спортсменов. Это объясняется тем, что дети младшего школьного возраста не способны производить работу до полного истощения.
При выполнении нагрузок 100 и 80% интенсивности у девочек 7 - 8 лет отчетливо выражено снижение в конце работы темпа педалирования по сравнению с предыдущем уровнем, а суммарная БА икроножной и четырехглавой мышц значительно увеличилась, между тем частота биотоков при этом понизилась (рис. 28).
Рис. 28. Изменение суммарной БА (тонкие линии) и частоты биотоков (толстые, линии) четырехглавой и икроножной мышц ноги при работе разной интенсивности
То же наблюдалось и при выполнении нагрузок в 70 и 50% от максимальной интенсивности. Кроме этого, перед отказом от работы наблюдались нарушения в координации работы исследуемых мышц, выражавшиеся в изменении нормальной картины активизации этих мышц в соответствии с темпом педалирования. Так, при выполнении нагрузки в 50% от максимальной интенсивности незадолго до отказа от работы часто наблюдалось снижение или полное исчезновение импульсной активности той или иной мышцы. Работа при этом продолжалась почти с прежней интенсивностью. Через 3 - 5 движений БА этой мышцы вновь возникала. Если БА мышцы не восстанавливалась, то следовал отказ от работы (рис. 29). Заданная работа воспроизводилась с требуемой интенсивностью при временном снижении или исчезновении биотоков той или иной мышцы, вероятно, за счет вовлечения в работу других мышц или мышечных волокон. Высказанное предположение подтверждается исследованиями, показавшими, что по мере утомления возбуждение каждой мышцы становится менее концентрированным во времени и в работу вовлекается все большее количество мышц или мышечных волокон.
Рис. 29. Осциллограмма испытуемого Миши В. (10 лет), зарегистрированная в начале (а) и конце (б) работы, выполняемой на велоэргометре с интенсивностью 50% от максимальной величины.
Обозначения: 1 - запись периода движений; 2 - биотоки четырехглавой мышцы бедра; 3 - интегрированная активность четырехглавой мышцы бедра; 4 - биотоки икроножной мышцы; 5 - механограмма движений; 6 - интегрированная активность икроножной мышцы
Как указывалось выше, функциональное состояние двигательного аппарата детей 7 - 10 лет после проделанной работы оценивалось по изменениям латентного времени двигательной реакции, которая определялась до работы и на 1, 3, 5, 8 и 10-й мин после проделанной работы. Латентное время рассчитывалось от момента подачи светового сигнала до начала появления биотоков четырехглавой мышцы бедра. В исходном состоянии величина латентного времени этой~ мышцы у девочек, особенно в возрасте 7 - 8 лет, меньше, чем у мальчиков. Латентное время у мальчиков 7 - 8 лет в среднем составило 238 +-4,9 мс, у девочек этого возраста - 191 +-3,3 мс.
Рис. 30. Латентное время сокращения четырехглавой мышцы бедра девочек и мальчиков 7 - 8 и 9 - 10 лет, зарегистрированное до и после выполнения нагрузок разной интенсивности (% к дорабочему уровню)
Наибольший сдвиг величины латентного времени в сторону увеличения наблюдается у мальчиков и девочек обеих возрастных групп на 1-й мин после проделанной работы. На последующих минутах периода восстановления латентное время реакции постепенно укорачивалось и достигало своего исходного уровня (рис. 30). Между тем величина сдвига латентного времени реакции после работы в период восстановления у девочек и мальчиков изменяется с возрастом неодинаково. При всех исследуемых нагрузках латентное время двигательной реакции на 1-й мин восстановительного периода у девочек больше, чем у мальчиков соответствующего возраста, хотя мальчики выполняли больший объем работы, чем девочки. Так, при выполнении работы с интенсивностью 100, 80, 70 и 50% латентное время двигательной реакции у мальчиков на 1-й мин после проделанной работы по сравнению с дорабочим уровнем соответственно увеличилось на 13, 21, 18 и 27% у 7 - 8-летних и на 3, 20, 23 и 21% у 9 - 10-летних. У девочек время двигательной реакции увеличилось на 32, 29, 22 и 32% в 7 - 8 лет и 27, 39, 32 и 27% в 9 - 10 лет. Выявлено также, что время восстановления скорости двигательной реакции у девочек продолжительнее, чем у мальчиков соответствующего возраста: латентное время двигательной реакции мальчиков 7 - 8 лет после работы интенсивностью 100, 80 и 70% достигает своего исходного, дорабочего уровня соответственно на 3, 5 и 8-й мин периода восстановления, у мальчиков 9 - 10 лет - на 3-й и 5-й мин после работы 80 и 70%; интенсивности, а после работы 100% интенсивности время реакции у них почти не изменяется. У девочек 7 - 8 лет латентное время реакции достигло дорабочего уровня на 5, 8 и 10-й мин после работы, у девочек 9-10 лет - на 3, 5, 8-й мин после работы 100, 80 и 70% интенсивности. После самой продолжительной работы (при нагрузке в 50% от максимальной) у мальчиков и девочек 7 - 8 лет показатели реакции не достигли своего дорабочего уровня даже на 10-й мин периода восстановления.
С возрастом как у мальчиков, так и у девочек уменьшалось время восстановления двигательной реакции после работы разной интенсивности. Например, у мальчиков 7 - 8 лет после работы 100% интенсивности величина латентного времени достигала своей дорабочей величины на 3-й мин периода восстановления, а у мальчиков 9 - 10 лет латентное время реакции в ответ на нагрузку 100% интенсивности почти не изменялось. После работы 80% интенсивности величина латентного времени восстанавливалась у мальчиков 7 - 8 лет на 5-й мин, а 9 - 10 лет на 3-й мин. После работы 70% интенсивности латентное время реакции у мальчиков 7 - 8 лет восстанавливалось длительнее - на 8-й мин, а у мальчиков 9 - 10 лет - на 5-й мин. Такая же закономерность наблюдалась и у девочек.
Таким образом, у школьников 7 - 8 лет латентное время начала мышечного сокращения больше, чем у 9 - 10-летних, и у мальчиков соответствующих возрастов оно больше, чем у девочек. Послерабочий сдвиг латентного времени в сторону увеличения у девочек значительно больше, чем у мальчиков. С уменьшением интенсивности работы у всех испытуемых удлиняется время восстановления двигательной реакции, а следовательно, время восстановления функционального состояния нервно-мышечного аппарата. При нагрузках, выполняемых с интенсивностью в 100, 80, 70%, у девочек соответствующих возрастов период восстановления двигательной реакции продолжительнее, чем у мальчиков. После нагрузки 50% интенсивности у детей 7 - 8 лет латентное время двигательной реакции на 10-й мин после работы еще не достигает своей послерабочей величины. Неодинаковая динамика величины двигательной реакции у детей разного возраста после выполнения работы до отказа с разной интенсивностью свидетельствует о неодинаковом характере восстановительных процессов в центральных и периферических звеньях двигательной системы у школьников.
После кратковременной, но весьма интенсивной работы (100 и 80% интенсивности) снижение возбудимости и лабильности нервных центров происходит, вероятно, под влиянием кратковременного, но мощного потока проприоцептивной импульсации, поступающей от работающих мышц. Это видно из приведенных данных, свидетельствующих о том, что наибольшая суммарная БА исследуемых мышц была получена при указанных нагрузках. При работе такой интенсивности, длящейся всего несколько секунд, метаболические процессы не успевают развернуться, а потому их воздействие на ЦНС невелико. После работы 70% интенсивности, продолжительность которой исчисляется в минутах, влияние проприоцептивной импульсации достаточно велико, однако большую роль в развитии утомления ЦНС играет, вероятно, сдвиг обмена веществ. Наконец, после нагрузки 50% интенсивности ведущее значение в утомлении нервных центров принадлежит, по всей видимости, изменениям, происходящим в обмене веществ организма под воздействием длительной и большой по объему работы. Немаловажную роль при этом играет однообразная, хотя и не интенсивная, импульсация, поступающая в центры с периферии от работающих мышц.
