Возрастная анатомия и физиология

Органы движения представляют собой единую систему, где каждая часть и орган формируются и функционируют в постоянном взаимодействии друг с другом. Элементы, входящие в систему органов движения, подразделяют на две основные категории: пассивные (кости, связки и суставы) и активные элементы органов движения (мышцы).

Размер и форма тела человека в значительной мере определяется структурной основой – скелетом. Скелет обеспечивает опорой и защитой все тело и отдельные органы. В составе скелета имеется система подвижно сочлененных рычагов, приводимая в движение мышцами, благодаря чему и совершаются разнообразные движения тела и его частей в пространстве. Отдельные части скелета служат не только вместилищем жизненно важных органов, но и обеспечивают их защиту. Например, череп, грудная клетка и таз служат защитой мозга, легких, сердца, кишечника и др.

До недавнего времени господствовало мнение о том, что роль скелета в организме человека ограничена функцией опоры тела и участием в движении (это и послужило причиной появления термина «опорно-двигательный аппарат»). Благодаря современным исследованиям представление о функциях скелета значительно расширилось. Например, скелет активно участвует в обмене веществ, а именно в поддержании на определенном уровне минерального состава крови. Такие входящие в состав скелета вещества, как кальций, фосфор, лимонная кислота и другие, при необходимости легко вступают в обменные реакции. Функция мышц также не ограничивается включением костей в движение и совершением работы, многие мышцы, окружая полости тела, защищают внутренние органы.

Общие сведения о скелете. Форма костей. Человеческий скелет по строению схож со скелетом высших животных, но имеет целый ряд особенностей, которые связаны с прямохождением, передвижением на двух конечностях, высоким развитием руки и головного мозга.

Скелет человека – это система, состоящая из 206 костей, из них 85 парных и 36 непарных. Кости являются органами тела. Вес скелета у мужчины составляет примерно 18 % веса тела, у женщины – 16 %, у новорожденного – 14 %. В состав скелета входят кости различных величины и формы.

По форме кости делятся на: а) длинные (находятся в скелете конечностей); б) короткие (расположены в запястье и предплюсне, т. е. там, где одновременно необходимы большая прочность и подвижность скелета); в) широкие или плоские (образуют стенки полостей, в которых находятся внутренние органы – тазовая кость, кости мозгового черепа); г) смешанные (имеют различную форму).

Соединения костей. Кости сочленяются различными способами. По степени подвижности различают сочленения: а) неподвижные; б) малоподвижные; в) подвижные соединения костей, или суставы.

Неподвижное соединение образуется в результате срастания костей, при этом движения могут быть крайне ограниченными или вовсе отсутствовать. Например, неподвижность костей мозгового черепа обеспечивается тем, что многочисленные выступы одной кости входят в соответствующее углубление другой. Подобное соединение костей называется швом.

Наличие упругих хрящевых прокладок между костями обеспечивает небольшую подвижность. Например, такие прокладки имеются между отдельными позвонками. Во время сокращения мышц прокладки сжимаются, а позвонки сближаются. При активных движениях (ходьбе, беге, прыжках) хрящ действует в качестве амортизатора, тем самым смягчая резкие толчки и предохраняя тело от сотрясения.

Чаще встречаются подвижные соединения костей, что обеспечивается суставами. Концы костей, образующих сустав, покрыты гиалиновым хрящом толщиной от 0,2 до 0,6 мм. Этот хрящ очень эластичен, имеет гладкую блестящую поверхность, поэтому значительно уменьшается трение между костями, что существенно облегчает их движение.

Из очень плотной соединительной ткани образуется суставная сумка (капсула), которая окружает область сочленения костей. Крепкий наружный (фиброзный) слой капсулы прочно соединяет между собой сочленяющиеся кости. Внутри капсула выстлана синовиальной оболочкой. В полости сустава находится синовиальная жидкость, которая действует как смазка и тоже способствует уменьшению трения.

Снаружи сустав укреплен связками. Ряд суставов укрепляется связками и внутри. Кроме того, внутри суставов имеются особые приспособления, которые увеличивают сочлененные поверхности: губы, диски, мениски из соединительной ткани и хряща.

Полость сустава является герметически замкнутой. Давление между суставными поверхностями всегда отрицательное (меньше атмосферного), в связи с чем наружное атмосферное давление препятствует их расхождению.

Типы суставов. По форме суставной поверхности и по осям вращения выделяют суставы: а) с тремя; б) с двумя; в) с одной осью вращения.

Первую группу составляют шаровидные суставы – наиболее подвижные (например, сустав между лопаткой и плечевой костью). Сустав между безымянной костью и бедром, называемый ореховидным, является разновидностью шаровидного сустава.

Вторую группу составляют эллипсовидные (например, сустав между черепом и первым шейным позвонком) и седловидные суставы (например, сустав между пястной костью первого пальца руки и соответствующей костью запястья).

К третьей группе относятся блоковидные (суставы между фалангами пальцев), цилиндрические (между локтевой и лучевой костями) и винтообразные суставы (образующие локтевой сустав).

Любое незакрепленное тело обладает шестью степенями свободы, потому что производит три поступательных и три вращательных движения по осям координат. Закрепленное тело может производить только вращения. Поскольку все звенья тела закреплены, суставы с тремя осями вращения являются наиболее подвижными и имеют три степени свободы. Суставы с двумя осями вращения менее подвижны, поэтому имеют две степени свободы. Одну степень свободы, а значит, наименьшую подвижность имеют суставы с одной осью вращения.

Строение кости. Каждая кость представляет собой сложный орган, состоящий из костной ткани, надкостницы, костного мозга, кровеносных и лимфатических сосудов и нервов. За исключением соединяющихся поверхностей, вся кость покрыта надкостницей – тонкой соединительно-тканной оболочкой, богатой нервами и сосудами, которые проникают из нее в кость через особые отверстия. К надкостнице прикрепляются связки и мышцы. Клетки, составляющие внутренний слой надкостницы, растут и размножаются, чем обеспечивается рост кости в толщину, а в случае перелома – образование костной мозоли.

Распилив трубчатую кость вдоль длинной оси, можно увидеть, что на поверхности расположено плотное (или компактное) вещество кости, а под ним (в глубине) – губчатое. В коротких костях, таких как позвонки, преобладает губчатое вещество. В зависимости от нагрузки, которую испытывает кость, компактное вещество образует слой разной толщины. Губчатое вещество образуется очень тонкими костными перекладинами, ориентированными параллельно линиям основных напряжений. Это позволяет кости выдерживать значительные нагрузки.

Плотный слой кости имеет пластинчатое строение и похож на систему вставленных друг в друга цилиндров, что также придает кости крепость и легкость. Между пластинками костного вещества лежат клетки костной ткани. Костные пластинки составляют межклеточное вещество костной ткани.

Трубчатая кость состоит из тела (диафиза) и двух концов (эпифизов). На эпифизах располагаются суставные поверхности, которые покрыты хрящом, участвующим в образовании сустава. На поверхности костей размещаются бугры, бугорки, борозды, гребни, вырезки, к которым прикрепляются сухожилия мышц, а также отверстия, через которые проходят сосуды и нервы.

Химический состав кости. Высушенная и обезжиренная кость имеет следующий состав: органические вещества – 30 %; минеральные вещества – 60 %; вода – 10 %.

К органическим веществам кости относят волокнистый белок (коллаген), углеводы и многие ферменты.

Минеральные вещества кости представлены солями кальция, фосфора, магния и многими микроэлементами (такими как алюминий, фтор, марганец, свинец, стронций, уран, кобальт, железо, молибден и др.). Скелет взрослого человека содержит около 1200 г кальция, 530 г фосфора, 11 г магния, т. е. 99 % всего кальция, имеющегося в теле человека, содержится в костях.

У детей в костной ткани преобладают органические вещества, поэтому их скелет более гибкий, эластичный, легко деформируется при длительной и тяжелой нагрузке или неправильных положениях тела. Количество минеральных веществ в костях с возрастом увеличивается, в связи с чем кости становятся более хрупкими и чаще ломаются.

Органические и минеральные вещества делают кость прочной, твердой и упругой. Прочность кости обеспечивается также ее структурой, расположением костных перекладин губчатого вещества соответственно направлению сил давления и растяжения.

Кость тверже кирпича в 30 раз, гранита – в 2,5 раза. Кость прочнее дуба. По прочности она в девять раз превосходит свинец и почти так же прочна, как чугун. В вертикальном положении бедренная кость человека выдерживает давление груза до 1500 кг, а большеберцовая кость – до 1800 кг.

Развитие костной системы в детстве и юности. В период внутриутробного развития у детей скелет состоит из хрящевой ткани. Точки окостенения появляются через 7–8 недель. Новорожденный имеет окостеневшие диафизы трубчатых костей. После рождения процесс окостенения продолжается. Сроки появления точек окостенения и окончания окостенения различны для разных костей. При этом для каждой кости они относительно постоянны, по ним можно судить о нормальном развитии скелета у детей и об их возрасте.

Скелет ребенка отличается от скелета взрослого человека своими размерами, пропорциями, строением и химическим составом. Развитие скелета у детей определяет развитие тела (например, мускулатура развивается медленнее, чем растет скелет).

Существует два пути развития кости.

1. Первичное окостенение, когда кости развиваются непосредственно из зародышевой соединительной ткани – мезенхимы (кости свода черепа, лицевой части, отчасти ключица и др.). Сначала образуется скелетогенный мезенхимный синцитий. В нем закладываются клетки – остеобласты, которые превращаются в костные клетки – остеоциты, и фибриллы, пропитанные солями кальция и превращающиеся в костные пластинки. Таким образом, кость развивается из соединительной ткани.

2. Вторичное окостенение, когда кости первоначально закладываются в виде плотных мезенхимных образований, имеющих примерные очертания будущих костей, затем превращаются в хрящевые ткани и замещаются костными тканями (кости основания черепа, туловища и конечностей).

При вторичном окостенении развитие костной ткани происходит замещением и снаружи, и внутри. Снаружи образование костного вещества происходит остеобластами надкостницы. Внутри окостенение начинается с образования ядер окостенения, постепенно хрящ рассасывается и замещается костью. По мере роста кость рассасывается изнутри специальными клетками – остеокластами. Нарастание костного вещества идет снаружи. Рост кости в длину происходит за счет образования костного вещества в хрящах, расположенных между эпифизом и диафизом. Эти хрящи постепенно сдвигаются в сторону эпифиза.

Многие кости в человеческом организме закладываются не целиком, а отдельными частями, которые потом сливаются в единую кость. Например, тазовая кость сначала состоит из трех частей, сливающихся вместе к 14–16 годам. Также закладываются тремя основными частями и трубчатые кости (ядра окостенения в местах образования костных выступов не учитываются). Например, большеберцовая кость у зародыша первоначально состоит из сплошного гиалинового хряща. Окостенение начинается в средней части приблизительно на восьмой неделе внутриутробной жизни. Замещение на кость диафиза происходит постепенно и идет сначала снаружи, а затем изнутри. При этом эпифизы остаются хрящевыми. Ядро окостенения в верхнем эпифизе появляется после рождения, а в нижнем – на втором году жизни. В средней части эпифизов кость сначала растет изнутри, потом снаружи, в результате чего остаются отделяющие диафиз от эпифизов две прослойки эпифизарного хряща.

В верхнем эпифизе бедренной кости образование костных балочек происходит в возрасте 4–5 лет. После 7–8 лет они удлиняются и становятся однородными и компактными. Толщина эпифизарного хряща к 17–18 годам достигает 2–2,5 мм. К 24 годам рост верхнего конца кости заканчивается и верхний эпифиз срастается с диафизом. Нижний эпифиз прирастает к диа-физу еще раньше – к 22 годам. С окончанием окостенения трубчатых костей прекращается их рост в длину.

Процесс окостенения. Общее окостенение трубчатых костей завершается к концу полового созревания: у женщин – к 17–21, у мужчин – к 19–24 годам. Из-за того, что у мужчин половое созревание заканчивается позднее, чем у женщин, они имеют в среднем более высокий рост.

С пяти месяцев до полутора лет, т. е. когда ребенок становится на ноги, происходит основное развитие пластинчатой кости. К 2,5–3 годам остатки грубоволокнистой ткани уже отсутствуют, хотя в течение второго года жизни большая часть костной ткани имеет пластинчатое строение.

Пониженная функция желез внутренней секреции (передней части аденогипофиза, щитовидной, околощитовидных, вилочковой, половых) и недостаток витаминов (особенно витамина D) могут вызвать задержку окостенения. Ускорение окостенения происходит при преждевременном половом созревании, повышенной функции передней части аденогипофиза, щитовидной железы и коры надпочечников. Задержка и ускорение окостенения чаще всего проявляются до 17–18 лет, и разница между «костным» и паспортным возрастами может достичь 5-10 лет. Иногда на одной стороне тела окостенение происходит быстрее или медленнее, чем на другой.

С возрастом химический состав костей изменяется. Кости детей содержат больше органических веществ и меньше неорганических. По мере роста значительно увеличивается количество солей кальция, фосфора, магния и других элементов, меняется соотношение между ними. Так, у маленьких детей в костях больше всего задерживается кальция, однако по мере взросления происходит смещение в сторону большей задержки фосфора. Неорганические вещества в составе костей новорожденного составляют одну вторую веса кости, у взрослого – четыре пятых.

Изменение строения и химического состава костей влечет и изменение их физических свойств. У детей кости более эластичны и менее ломки, чем у взрослых. Хрящи у детей также более пластичны.

Возрастные различия в строении и составе костей особенно отчетливо проявляются в количестве, расположении и строении гаверсовых каналов. С возрастом их число уменьшается, а расположение и строение изменяются. Чем старше ребенок, тем больше в его костях плотного вещества, у маленьких детей больше губчатого вещества. К 7 годам строение трубчатых костей сходно с таковым у взрослого человека, однако между 10–12 годами губчатое вещество костей еще интенсивнее изменяется, его строение стабилизируется к 18–20 годам.

Чем младше ребенок, тем больше надкостница сращена с костью. Окончательное разграничение между костью и надкостницей происходит к 7 годам. К 12 годам плотное вещество кости имеет почти однородное строение, к 15 годам совершенно исчезают единичные участки рассасывания плотного вещества, а к 17 годам в нем преобладают большие остеоциты.

С 7 до 10 лет резко замедляется рост костно-мозговой полости в трубчатых костях, окончательно она формируется с 11–12 до 18 лет. Увеличение костно-мозгового канала происходит параллельно с равномерным ростом плотного вещества.

Между пластинками губчатого вещества и в костно-мозговом канале находится костный мозг. В связи с большим количеством кровеносных сосудов в тканях у новорожденных есть только красный костный мозг – в нем происходит кроветворение. С шести месяцев начинается постепенный процесс замены в диафизах трубчатых костей красного костного мозга на желтый, состоящий по большей части из жировых клеток. Замена красного мозга заканчивается к 12–15 годам. У взрослых красный костный мозг сохраняется в эпифизах трубчатых костей, в грудине, ребрах и позвоночнике и составляет приблизительно 1500 куб. см.

Срастание переломов и образование костной мозоли у детей происходит через 21–25 дней, у грудных детей этот процесс происходит еще быстрее. Вывихи у детей до 10 лет редки ввиду большой растяжимости связочного аппарата.

Общие сведения о мышцах. В человеческом теле насчитывается около 600 скелетных мышц. Мышечная система составляет значительную часть общей массы тела человека. Так, в возрасте 17–18 лет она составляет 43–44 %, а у людей с хорошей физической подготовкой может достигать даже 50 %. У новорожденных масса всех мышц составляет всего 23 % массы тела.

Рост и развитие отдельных мышечных групп происходят неравномерно. В первую очередь у грудных детей развиваются мышцы живота, несколько позже – жевательные мышцы. Мышцы ребенка в отличие от мышц взрослого человека бледнее, нежнее и эластичнее. К концу первого года жизни заметно увеличиваются мышцы спины и конечностей, в это время ребенок начинает ходить.

За период от рождения и до окончания роста ребенка масса мускулатуры увеличивается в 35 раз. В 12–16 лет (период полового созревания) из-за удлинения трубчатых костей интенсивно удлиняются и сухожилия мышц. В это время мышцы становятся длинными и тонкими, из-за чего подростки выглядят длинноногими и длиннорукими. В 15–18 лет происходит поперечный рост мышц. Их развитие продолжается до 25–30 лет.

Строение мышц. В мышце различают среднюю часть – брюшко, состоящее из мышечной ткани, и концевые участки – сухожилия, образованные плотной соединительной тканью. Сухожилиями мышцы прикрепляются к костям, однако это не обязательно. Мышцы могут прикрепляться и к различным органам (глазному яблоку), к коже (мышцы лица и шеи) и т. д. У мышц новорожденного сухожилия развиты довольно слабо, и лишь к 12–14 годам устанавливаются мышечно-сухожильные отношения, которые характерны для мышц взрослого человека. Мышцы всех высших животных являются важнейшими рабочими органами – эффекторами.

Мышцы бывают гладкие и поперечно-полосатые. В организме человека гладкие мышцы находятся во внутренних органах, сосудах и коже. Они почти не контролируются центральной нервной системой, поэтому их (а также мышцу сердца) иногда называют непроизвольными. Эти мышцы обладают автоматизмом и собственной нервной сетью (интрамуральной, или метасимпатической), в значительной степени обеспечивающей их автономность. Регулировка тонуса и двигательной активности гладких мышц осуществляется импульсами, поступающими через вегетативную нервную систему и гуморально (т. е. через тканевую жидкость). Гладкая мускулатура способна осуществлять довольно медленные движения и длительные тонические сокращения. Двигательная активность гладкой мускулатуры часто имеет ритмический характер, например маятникообразные и перистальтические движения кишечника. Длительные тонические сокращения гладких мышц очень четко выражены в сфинктерах полых органов, что препятствует выходу содержимого. Это обеспечивает накопление мочи в мочевом пузыре и желчи в желчном пузыре, оформление каловых масс в толстой кишке и т. д.

Гладкие мышцы стенок кровеносных сосудов, особенно артерий и артериол, находятся в состоянии постоянного тонического сокращения. Тонус мышечного слоя стенок артерий регулирует величину их просвета и тем самым уровень кровяного давления и кровоснабжения органов.

Поперечно-полосатые мышцы состоят из множества отдельных мышечных волокон, которые расположены в общем соединительно-тканном футляре и крепятся к сухожилиям, которые, в свою очередь, связаны со скелетом. Поперечнополосатые мышцы подразделяют на два типа: а) параллельно-волокнистый (все волокна параллельны длинной оси мышцы); б) перистый (волокна расположены косо, прикрепляясь с одной стороны к центральному сухожильному тяжу, а с другой – к наружному сухожильному футляру).

Сила мышцы пропорциональна числу волокон, т. е. площади так называемого физиологического поперечного сечения мышцы, площади поверхности, пересекающей все действующие мышечные волокна. Каждое волокно скелетной мышцы – это тонкое (диаметром от 10 до 100 мкм), длинное (до 2–3 см) многоядерное образование – симпласт – возникающее в раннем онтогенезе из слияния клеток-миобластов.

Главной особенностью мышечного волокна является наличие в его протоплазме (саркоплазме) массы тонких (диаметром около 1 мкм) нитей – миофибрилл, которые расположены вдоль продольной оси волокна. Миофибриллы состоят из чередующихся светлых и темных участков – дисков. Причем в массе соседних миофибрилл у поперечно-полосатых волокон одноименные диски расположены на одном уровне, что и придает регулярную поперечную исчерченность (полосатость) всему мышечному волокну.

Комплекс из одного темного и двух прилежащих к нему половин светлых дисков, ограниченный тонкими Z-линия-ми, называется саркомером. Саркомеры – это минимальный элемент сократительного аппарата мышечного волокна.

Мембрана мышечного волокна – плазмалемма – имеет сходное строение с нервной мембраной. Ее отличительной особенностью является то, что она дает регулярные Т-образные впячивания (трубки диаметром 50 нм) приблизительно на границах саркомеров. Впячивания плазмалеммы увеличивают ее площадь, а следовательно, и общую электрическую емкость.

Внутри мышечного волокна между пучками миофибрилл параллельно продольной оси симпласта располагаются системы трубочек саркоплазматического ретикулума, представляющего собой разветвленную замкнутую систему, тесно прилегающую к миофибриллам и своими слепыми концами (концевыми цистернами) к Т-образным впячиваниям плазмалеммы (Т-системе). Т-система и саркоплазматический ретикулум – это аппараты передачи сигналов возбуждения с плазмалеммы на сократительный аппарат миофибрилл.

Снаружи вся мышца заключена в тонкую соединительнотканную оболочку – фасцию.

Сократимость как основное свойство мышц. Возбудимость, проводимость и сократимость – основные физиологические свойства мышц. Сократимость мышц состоит в укорочении мышцы или в развитии напряжения. Во время эксперимента мышца отвечает одиночным сокращением в ответ на одиночное раздражение. В организме человека и животных мышцы из центральной нервной системы получают не одиночные импульсы, а серию импульсов, на которые они отвечают сильным, длительным сокращением. Такое сокращение мышц называется тетаническим (или тетанусом).

При сокращении мышцы совершают работу, которая зависит от их силы. Чем мышца толще, чем больше в ней мышечных волокон, тем она сильнее. Мышца при пересчете на 1 кв. см поперечного сечения может поднять груз до 10 кг. Сила мышц зависит и от особенностей прикрепления их к костям. Кости и прикрепляющиеся к ним мышцы представляют собой своеобразные рычаги. Сила мышцы зависит от того, как далеко от точки опоры рычага и ближе к точке приложения силы тяжести она прикрепляется.

Человек способен длительное время сохранять одинаковую позу. Это называется статическим напряжением мышц. Например, когда человек просто стоит или держит голову в вертикальном положении (т. е. совершает так называемые статические усилия), его мышцы находятся в состоянии напряжения. Некоторые упражнения на кольцах, параллельных брусьях, удержание поднятой штанги требуют такой статической работы, при которой необходимо одновременное сокращение почти всех мышечных волокон. Разумеется, такое состояние не может быть продолжительным из-за развивающегося утомления.

Во время динамической работы сокращаются различные группы мышц. При этом мышцы, совершающие динамическую работу, быстро сокращаются, работают с большим напряжением и потому скоро утомляются. Обычно при динамической работе различные группы мышечных волокон сокращаются поочередно. Это дает мышце возможность совершать работу длительное время.

Управляя работой мышц, нервная система приспосабливает их работу к текущим потребностям организма, в связи с этим мышцы работают экономно, с высоким коэффициентом полезного действия. Работа станет максимальной, а утомление будет развиваться постепенно, если для каждого вида мышечной деятельности подобрать средний (оптимальный) ритм и величину нагрузки.

Работа мышц является необходимым условием их существования. Если мышцы длительное время бездействуют, развивается атрофия мышц, они теряют работоспособность. Тренировка, т. е. постоянная, достаточно интенсивная работа мышц, способствует увеличению их объема, возрастанию силы и работоспособности, а это важно для физического развития организма в целом.

Мышечный тонус. У человека мышцы даже в состоянии покоя несколько сокращены. Состояние, при котором длительно удерживается напряжение, называют тонусом мышц. Тонус мышц может немного снижаться, а тело расслабляться во время сна или наркоза. Полное исчезновение мышечного тонуса происходит только после смерти. Тоническое сокращение мышц не вызывает утомления. Внутренние органы удерживаются в нормальном положении только благодаря тонусу мышц. Величина мышечного тонуса зависит от функционального состояния центральной нервной системы.

Тонус скелетных мышц непосредственно определяется поступлением к мышце с большим интервалом нервных импульсов из двигательных нейронов спинного мозга. Активность нейронов поддерживается импульсами, идущими из вышележащих отделов центральной нервной системы, от рецепторов (проприорецепторов), которые находятся в самих мышцах. Велика роль мышечного тонуса в обеспечении координации движений. У новорожденных преобладает тонус сгибателей руки; у детей 1–2 месяцев – тонус мышц-разгибателей, у детей 3–5 месяцев – равновесие тонуса мышц-антагонистов. Это обстоятельство связано с повышенной возбудимостью красных ядер среднего мозга. По мере функционального созревания пирамидной системы, а также коры больших полушарий головного мозга тонус мышц снижается.

Повышенный мышечный тонус ног новорожденного постепенно снижается (это происходит во втором полугодии жизни ребенка), что является необходимой предпосылкой для развития ходьбы.

Утомление. Во время длительной или напряженной работы снижается работоспособность мышц, которая восстанавливается после отдыха. Это явление называется физическим утомлением. При резко выраженном утомлении развиваются длительное укорочение мышц и их неспособность к полному расслаблению (контрактура). Это связано в первую очередь с изменениями, которые происходят в нервной системе, нарушением проведения нервных импульсов в синапсах. При утомлении запасы химических веществ, которые служат источниками энергии сокращения, истощаются, а продукты обмена (молочная кислота и др.) накапливаются.

Скорость наступления утомления зависит от состояния нервной системы, частоты ритма, в котором производится работа, и от величины нагрузки. Утомление может быть связано с неблагоприятной обстановкой. Быстро вызывает наступление утомления неинтересная работа.

Чем младше ребенок, тем быстрее он утомляется. В грудном возрасте утомление наступает уже через 1,5–2 ч бодрствования. Неподвижность, длительное торможение движений утомляют детей.

Физическое утомление – нормальное физиологическое явление. После отдыха работоспособность не только восстанавливается, но и может превышать исходный уровень. В 1903 г. И.М. Сеченов установил, что работоспособность утомленных мышц правой руки восстанавливается значительно быстрее, если во время отдыха производить работу левой рукой. Такой отдых в отличие от простого покоя И.М. Сеченов назвал активным.

Таким образом, чередование умственного и физического труда, подвижные игры до занятий, физкультурные паузы во время уроков и на переменах повышают работоспособность учащихся.

В период внутриутробного развития мышечные волокна формируются гетерохронно. Первоначально дифференцируются мышцы языка, губ, диафрагмы, межреберные и спинные, в конечностях – сначала мышцы рук, потом ног, в каждой конечности сначала – проксимальные отделы, а затем дистальные. Мышцы эмбрионов содержат меньше белков и больше (до 80 %) воды. Развитие и рост разных мышц после рождения также происходят неравномерно. Раньше и больше начинают развиваться мышцы, обеспечивающие двигательные функции, которые чрезвычайно важны для жизни. Это мышцы, которые участвуют в дыхании, сосании, схватывании предметов, т. е. диафрагма, мышцы языка, губ, кисти, межреберные мышцы. Помимо этого, больше тренируются и развиваются мышцы, участвующие в процессе обучения и воспитания у детей определенных навыков.

У новорожденного есть все скелетные мышцы, но весят они в 37 раз меньше, чем у взрослого. Скелетные мышцы растут и формируются примерно до 20–25 лет, оказывая влияние на рост и формирование скелета. Увеличение веса мышц с возрастом происходит неравномерно, особенно быстро этот процесс идет в период полового созревания.

Вес тела растет с возрастом в основном за счет увеличения веса скелетной мускулатуры. Средний вес скелетных мышц в процентах к весу тела распределяется следующим образом: у новорожденных – 23,3; в 8 лет – 27,2; в 12 лет – 29,4; в 15 лет – 32,6; в 18 лет – 44,2.

Возрастные особенности роста и развития скелетной мускулатуры. Наблюдается следующая закономерность роста и развития скелетных мышц в различные возрастные периоды.

Период до 1 года: больше, чем мышцы таза, бедра и ног, развиты мышцы плечевого пояса и рук.

Период с 2 до 4 лет: в руке и плечевом поясе проксимальные мышцы значительно толще дистальных, поверхностные мышцы толще глубоких, функционально активные толще менее активных. Особенно быстро растут волокна в длиннейшей мышце спины и в большой ягодичной мышце.

Период с 4 до 5 лет: развиты мышцы плеча и предплечья, недостаточно развиты мышцы кистей рук. В раннем детстве мышцы туловища развиваются значительно быстрее, чем мышцы рук и ног.

Период с 6 до 7 лет: происходит ускорение развития мышц кисти, когда ребенок начинает производить легкую работу и приучаться к письму. Развитие сгибателей опережает развитие разгибателей.

Кроме того, у сгибателей вес и физиологический поперечник больше, чем у разгибателей. Мышцы пальцев, особенно сгибатели, которые участвуют в захвате предметов, имеют наибольший вес и физиологический поперечник. По сравнению с ними сгибатели кисти имеют относительно меньший вес и физиологический поперечник.

Период до 9 лет: увеличивается физиологический поперечник мышц, вызывающих движения пальцев, в то же время мышцы лучезапястного и локтевого суставов растут менее интенсивно.

Период до 10 лет: поперечник длинного сгибателя большого пальца к 10 годам достигает почти 65 % длины поперечника взрослого человека.

Период с 12 до 16 лет: растут мышцы, которые обеспечивают вертикальное положение тела, особенно подвздошно-поясничная, играющая важную роль в ходьбе. К 15–16 годам толщина волокон подвздошно-поясничной мышцы становится наибольшей.

Анатомический поперечник плеча в период с 3 до 16 лет увеличивается у юношей в 2,5–3 раза, у девушек – меньше.

Глубокие мышцы спины в первые годы жизни у детей еще слабы, недостаточно развит и их сухожильно-связочный аппарат, однако к 12–14 годам эти мышцы укреплены сухожильно-связочным аппаратом, но меньше, чем у взрослых.

Мышцы брюшного пресса у новорожденных не развиты. С 1 года до 3 лет эти мышцы и их апоневрозы различаются, и только к 14–16 годам передняя стенка живота укреплена почти так же, как у взрослого. До 9 лет прямая мышца живота очень интенсивно растет, ее вес по сравнению с весом у новорожденного увеличивается почти в 90 раз, внутренней косой мышцы – более чем в 70 раз, наружной косой – в 67 раз, поперечной – в 60 раз. Эти мышцы противостоят постепенно увеличивающемуся давлению внутренних органов.

В двуглавой мышце плеча и четырехглавой мышце бедра мышечные волокна утолщаются: к 1 году – в два раза; к 6 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.

Рост мышц в длину происходит в месте перехода мышечных волокон в сухожилие. Этот процесс продолжается до 23–25 лет. С 13 до 15 лет сократимый отдел мышцы растет особенно быстро. К 14–15 годам дифференцировка мышц достигает высокого уровня. Рост волокон в толщину продолжается до 30–35 лет. Поперечник мышечных волокон утолщается: к 1 году-в два раза; к 5 годам – в пять раз; к 17 годам – в восемь раз; к 20 годам – в 17 раз.

Масса мышц особенно интенсивно увеличивается у девочек в 11–12 лет, у мальчиков – в 13–14 лет. У подростков за два-три года масса скелетных мышц увеличивается на 12 %, в то время как в предыдущие 7 лет – всего на 5 %. Вес скелетных мышц у подростков составляет примерно 35 % по отношению к весу тела, при этом значительно возрастает сила мышц. Значительно развивается мускулатура спины, плечевого пояса, рук и ног, что вызывает усиленный рост трубчатых костей. Гармоническому развитию скелетных мышц способствует правильный подбор физических упражнений.

Возрастные особенности строения скелетной мускулатуры. Химический состав и строение скелетных мышц с возрастом также изменяются. В мышцах детей содержится больше воды и меньше плотных веществ, чем у взрослых. Биохимическая активность красных мышечных волокон больше, чем белых. Это объясняется различиями в количестве митохондрий или в активности их ферментов. Количество миоглобина (показателя интенсивности окислительных процессов) с возрастом увеличивается. У новорожденного в скелетных мышцах 0,6 % миоглобина, у взрослых – 2,7 %. Кроме того, у детей содержится относительно меньше сократительных белков – миозина и актина. С возрастом это различие уменьшается.

В мышечных волокнах у детей содержится сравнительно больше ядер, они короче и тоньше, однако с возрастом и их длина, и толщина увеличиваются. Мышечные волокна у новорожденных тонки, нежны, поперечная исчерченность их сравнительно слабая и окружена большими прослойками рыхлой соединительной ткани. Относительно больше места занимают сухожилия. Многие ядра внутри мышечных волокон лежат не у мембраны клетки. Четкими прослойками саркоплазмы окружены миофибриллы.

Наблюдается следующая динамика изменения структуры скелетных мышц в зависимости от возраста.

1. В 2–3 года мышечные волокна в два раза толще, чем у новорожденных, они располагаются плотнее, количество миофибрилл увеличивается, а саркоплазмы – уменьшается, ядра прилегают к мембране.

2. В 7 лет толщина мышечных волокон в три раза толще, чем у новорожденных, и их поперечная исчерченность отчетливо выражена.

3. К 15–16 годам строение мышечной ткани становится таким же, как у взрослых. К этому времени формирование сарколеммы завершается.

Созревание мышечных волокон прослеживается по изменению частоты и амплитуды биотоков, регистрируемых с двуглавой мышцы плеча при удержании груза:

у детей 7–8 лет по мере увеличения времени удержания груза все больше уменьшаются частота и амплитуда биотоков. Это доказывает незрелость части их мышечных волокон;

у детей 12–14 лет частота и амплитуда биотоков не изменяются в течение 6–9 с удержания груза на максимальной высоте либо уменьшаются в более поздние сроки. Это указывает на зрелость мышечных волокон.

У детей в отличие от взрослых мышцы прикрепляются к костям дальше от осей вращения суставов, следовательно, их сокращение сопровождается меньшей потерей силы, чем у взрослых. С возрастом значительно изменяется соотношение между мышцей и ее сухожилием, растущим более интенсивно. В результате изменяется характер прикрепления мышцы к кости, поэтому увеличивается коэффициент полезного действия. Приблизительно к 12–14 годам происходит стабилизация отношения «мышца – сухожилие», которое характерно для взрослого. В поясе верхних конечностей до 15 лет развитие мышечного брюшка и сухожилий происходит одинаково интенсивно, после 15 и до 23–25 лет сухожилие растет более интенсивно.

Эластичность детских мышц больше примерно в два раза по сравнению с мышцами взрослых. При сокращении они больше укорачиваются, а при растяжении больше удлиняются.

Мышечные веретена появляются на 10-14-й неделе утробной жизни. Увеличение их длины и поперечника происходит в первые годы жизни ребенка. В период с 6 до 10 лет поперечный размер веретен изменяется незначительно. В период 12–15 лет мышечные веретена заканчивают свое развитие и имеют такое же строение, как и у взрослых в 20–30 лет.

Начало формирования чувствительной иннервации происходит в 3,5–4 месяца утробной жизни, и к 7–8 месяцам нервные волокна достигают значительного развития. К моменту рождения центростремительные нервные волокна активно миелинизируются.

Мышечные веретена единичной мышцы имеют одинаковое строение, но их число и уровень развития отдельных структур в разных мышцах неодинаковы. Сложность их строения зависит от амплитуды движения и силы сокращения мышцы. Это связано с координационной работой мышцы: чем она выше, тем больше в ней мышечных веретен и тем они сложнее. В некоторых мышцах нет не подвергающихся растягиванию мышечных веретен. Такими мышцами, например, являются короткие мышцы ладони и стопы.

Двигательные нервные окончания (мионевральные аппараты) появляются у ребенка еще в утробный период жизни (в возрасте от 3,5–5 месяцев). В разных мышцах они развиваются одинаково. К моменту рождения количество нервных окончаний в мышцах руки больше, чем в межреберных мышцах и мышцах голени. У новорожденного двигательные нервные волокна покрыты миелиновой оболочкой, которая к 7 годам сильно утолщается. К 3–5 годам нервные окончания значительно усложняются, к 7-14 годам еще более дифференцируются, а к 19–20 годам достигают полной зрелости.

Возрастные изменения возбудимости и лабильности мышц. Для работы мышечного аппарата имеют значение не только свойства самих мышц, но и возрастные изменения физиологических свойств двигательных нервов, их иннервирующих. Для оценки возбудимости нервных волокон используется относительный показатель, выражающийся в единицах времени, – хронаксия. У новорожденных отмечается более удлиненная хронаксия. В течение первого года жизни происходит снижение уровня хронаксии примерно в 3–4 раза. В последующие годы значение хронаксии постепенно укорачивается, но у детей школьного возраста она все еще превышает показатели хронаксии взрослого человека. Таким образом, уменьшение хронаксии с рождения и до школьного периода свидетельствует о том, что возбудимость нервов и мышц с возрастом увеличивается.

Для детей 8-11 лет, как и для взрослых, характерно превышение хронаксии сгибателей над хронаксией разгибателей. Наиболее сильно различие в хронаксии мышц-антагонистов выражено на руках, чем на ногах. Хронаксия дистальных мышц превышает таковую у проксимальных мышц. Например, хронаксия мышц плеча приблизительно в два раза короче, чем хронаксия мышц предплечья. У менее тонизированных мышц хронаксия длиннее, чем у более тонизированных. Например, у двуглавой мышцы бедра и передней большеберцовой мышцы хронаксия длиннее, чем у их антагонистов – четырехглавой мышцы бедра и икроножной мышцы. Переход из света в темноту удлиняет хронаксию, и наоборот.

В течение дня у детей младших школьных возрастов хронаксия изменяется. После 1–2 общеобразовательных уроков наблюдается уменьшение двигательной хронаксии, а к концу учебного дня она часто восстанавливается до прежнего уровня или даже увеличивается. После легких общеобразовательных уроков двигательная хронаксия чаще всего уменьшается, а после трудных уроков – увеличивается.

По мере взросления колебания двигательной хронаксии постепенно уменьшаются, в то время как хронаксия вестибулярного аппарата увеличивается.

Функциональная подвижность, или лабильность, в отличие от хронаксии определяет не только наименьшее время, необходимое для возникновения возбуждения, но также время, необходимое для завершения возбуждения и восстановления способности ткани давать новые последующие импульсы возбуждения. Чем быстрее реагирует скелетная мышца, чем больше импульсов возбуждения проходит через нее в единицу времени, тем больше ее лабильность. Следовательно, лабильность мышц возрастает при увеличении подвижности нервного процесса в двигательных нейронах (ускорении перехода возбуждения в торможение), и наоборот – при увеличении скорости сокращения мышцы. Чем медленнее реагируют мышцы, тем меньше их лабильность. У детей лабильность с возрастом повышается, к 14–15 годам она достигает уровня лабильности взрослых.

Изменение тонуса мышц. В раннем детстве наблюдается сильное напряжение некоторых мышц, например мышц кистей рук и сгибателей бедра, что связано с участием скелетной мускулатуры в генерации тепла в покое. Этот тонус мышц имеет рефлекторное происхождение и с возрастом уменьшается.

Тонус скелетных мышц проявляется в их сопротивлении активной деформации при сдавливании и растяжении. В возрасте 8–9 лет у мальчиков тонус мышц, например мышцы задней поверхности бедра, выше, чем у девочек. К 10–11 годам мышечный тонус уменьшается, а затем снова значительно возрастает. Наибольшее увеличение тонуса скелетных мышц отмечается у подростков 12–15 лет, особенно мальчиков, у которых он достигает юношеских значений. При переходе от преддошкольного к дошкольному возрасту происходит постепенное прекращение участия скелетных мышц в теплопроизводстве в покое. В состоянии покоя мышцы все более расслабляются.

В отличие от произвольного напряжения скелетных мышц процесс их произвольного расслабления достигается труднее. Данная способность с возрастом увеличивается, поэтому скованность движений уменьшается у мальчиков до 12–13 лет, у девочек – до 14–15 лет. Затем происходит обратный процесс: скованность движений снова увеличивается с 14–15 лет, при этом у юношей 16–18 лет она значительно больше, чем у девушек.

Структура саркомера и механизм сокращения мышечного волокна. Саркомер – повторяющийся сегмент миофибриллы, состоящий из двух половин светлого (оптически изотропного) диска (I-диска) и одного темного (анизотропного) диска (А-диск). Электронно-микроскопическим и биохимическим анализом было установлено, что темный диск сформирован параллельным пучком толстых (диаметром порядка 10 нм) миозиновых нитей, длина которых составляет около 1,6 мкм. Молекулярная масса белка миозина равна 500 000 Д. Головки миозиновых молекул (длиной 20 нм) расположены на нитях миозина. В светлых дисках имеются тонкие нити (диаметром 5 нм и длиной 1 мкм), которые построены из белка и актина (молекулярная масса – 42 000 Д), а также тропомиозина и тропонина. В области Z-линии, разграничивающей расположенные рядом саркомеры, пучок тонких нитей скрепляется Z-мембраной.

Соотношение тонких и толстых нитей в саркомере составляет 2: 1. Миозиновые и актиновые нити саркомера располагаются так, что тонкие нити могут свободно входить между толстыми, т. е. «задвигаться» в А-диск, это и происходит при сокращении мышцы. Поэтому длина светлой части саркомера (I-диска) может быть различной: при пассивном растяжении мышцы она увеличивается до максимума, при сокращении может уменьшаться до нуля.

Механизм сокращения представляет собой перемещение (протягивание) тонких нитей вдоль толстых к центру саркомера за счет «гребных» движений головок миозина, которые периодически прикрепляются к тонким нитям, образуя поперечные актомиозиновые мостики. Исследуя движения мостиков с помощью метода дифракции рентгеновских лучей, определили, что амплитуда этих движений составляет 20 нм, а частота – 5-50 колебаний в секунду. При этом каждый мостик то прикрепляется и тянет нить, то открепляется в ожидании нового прикрепления. Огромное количество мостиков работает вразнобой, поэтому их общая тяга оказывается равномерной во времени. Многочисленные исследования установили следующий механизм циклической работы миозинового мостика.

1. В состоянии покоя мостик заряжен энергией (миозин фосфорилирован), но он не может соединиться с нитью актина, так как между ними вклинена система из нити тропомиозина и глобулы тропонина.

2. При активации мышечного волокна и появлении в миоплазме ионов Са+2(в присутствии АТФ) тропонин изменяет свою конформацию и отодвигает нить тропомиозина, открывая для миозиновой головки возможность соединения с актином.

3. Соединение головки фосфорилированного миозина с актином резко изменяет конформацию мостика (происходит его «сгибание») и перемещает нити актина на один шаг (20 нм), а затем мостик разрывается. Энергия, необходимая для этого, появляется в результате распада макроэргической фосфатной связи, включенной в фосфорилактомиозин.

4. Затем из-за падения локальной концентрации Са+2и отсоединения его от тропонина тропомиозин опять блокирует актин, а миозин снова за счет АТФ фосфорилируется. АТФ не только заряжает системы для дальнейшей работы, но и способствует временному разобщению нитей, т. е. пластифицирует мышцу, делает ее способной растягиваться под воздействием внешних сил. Считается, что на одно рабочее движение одного мостика расходуется одна молекула АТФ, причем роль АТФазы играет актомиозин (в присутствии Mg+2и Са+2). При одиночном сокращении всего тратится 0,3 мкМ АТФ на 1 г мышцы.

Таким образом, АТФ играет в мышечной работе двоякую роль: с одной стороны, фосфорилируя миозин, он обеспечивает энергией сокращение, с другой – находясь в свободном состоянии, обеспечивает расслабление мышцы (ее пластификацию). Если АТФ исчезает из миоплазмы, развивается непрерывное сокращение – контрактура.

Все эти феномены можно показать на изолированных актомиозиновых комплексах-нитях: такие нити без АТФ твердеют (наблюдается ригор), в присутствии АТФ они расслабляются, а при добавлении еще и Са+2производят обратимое сокращение, подобное нормальному.

Мышцы пронизаны кровеносными сосудами, по которым с кровью поступают к ним питательные вещества и кислород, а выносятся продукты обмена. Кроме того, мышцы богаты и лимфатическими сосудами.

В мышцах имеются нервные окончания – рецепторы, воспринимающие степень сокращения и растяжения мышцы.

Основные группы мышц человеческого тела. Форма и величина мышц зависят от выполняемой ими работы. Различаются мышцы длинные, широкие, короткие и круговые. Длинные мышцы расположены на конечностях, короткие – там, где размах движения небольшой (например, между позвонками). Широкие мышцы расположены в основном на туловище, в стенках полостей тела (например, мышцы живота, спины, груди). Круговые мышцы – сфинктеры – лежат вокруг отверстий тела, суживая их при сокращении.

По функции мышцы делятся на сгибатели, разгибатели, приводящие и отводящие мышцы, а также мышцы, вращающие внутрь и наружу.

I. К мышцам туловища относятся: 1) мышцы грудной клетки; 2) мышцы живота; 3) мышцы спины.

II. Мышцы, располагающиеся между ребрами (межреберные), а также другие мышцы грудной клетки участвуют в функции дыхания. Их называют дыхательными мышцами. К ним относится и диафрагма, которая отделяет грудную полость от брюшной.

III. Хорошо развитые мышцы груди приводят в движение и укрепляют на туловище верхние конечности. К ним относятся: 1) большая грудная мышца; 2) малая грудная мышца; 3) передняя зубчатая мышца.

IV. Мышцы живота выполняют различные функции. Они образуют стенку брюшной полости и благодаря своему тонусу удерживают внутренние органы от смещения, опускания и выпадения. Сокращаясь, мышцы живота действуют на внутренние органы как брюшной пресс, способствуя выделению мочи, кала и родовому акту. Сокращение мышц брюшного пресса также помогает движению крови в венозной системе, осуществлению дыхательных движений. Мышцы живота участвуют в сгибании позвоночного столба вперед.

Из-за возможной слабости мышц живота происходит не только опущение органов брюшной полости, но и образование грыж. Грыжа – это выход внутренних органов (кишечника, желудка, большого сальника) из брюшной полости под кожу живота.

V. К мышцам брюшной стенки относятся: 1) прямая мышца живота; 2) пирамидальная мышца; 3) квадратная мышца поясницы; 4) широкие мышцы живота (наружная и внутренняя, косые и поперечная).

VI. По средней линии живота проходит плотный сухожильный тяж – так называемая белая линия. По бокам от нее находится прямая мышца живота, имеющая продольное направление волокон.

VII. На спине расположены многочисленные мышцы вдоль позвоночного столба. Это глубокие мышцы спины. Они прикрепляются преимущественно к отросткам позвонков и участвуют в движениях позвоночного столба назад и в сторону.

VIII. К поверхностным мышцам спины относятся: 1) трапециевидная мышца спины; 2) широчайшая мышца спины. Они обеспечивают движения верхних конечностей и грудной клетки.

IX. Среди мышц головы различают:

1) жевательные мышцы. К ним относятся: височная мышца; жевательная мышца; крыловидные мышцы. Сокращения этих мышц вызывают сложные жевательные движения нижней челюсти;

2) мимические мышцы. Эти мышцы одним, а иногда и двумя своими концами прикрепляются к коже лица. При сокращении они смещают кожу, создавая определенную мимику, т. е. то или иное выражение лица. К числу мимических мышц также относятся круговые мышцы глаза и рта.

X. Мышцы шеи запрокидывают голову, наклоняют и поворачивают ее.

XI. Лестничные мышцы поднимают ребра, участвуя таким образом во вдохе.

XII. Мышцы, прикрепленные к подъязычной кости, при сокращении меняют положение языка и гортани при глотании и произнесении различных звуков.

XIII. Пояс верхних конечностей соединяется с туловищем только в области грудино-ключичного сустава. Укреплен он мышцами туловища: 1) трапециевидной мышцей; 2) малой грудной мышцей; 3) ромбовидной мышцей; 4) передней зубчатой мышцей; 5) мышцей, поднимающей лопатку.

XIV. Мышцы пояса конечностей приводят в движение верхнюю конечность в плечевом суставе. Самой важной среди них является дельтовидная мышца. При сокращении эта мышца сгибает руку в плечевом суставе и отводит руки до горизонтального положения.

XV. В области плеча спереди находится группа мышц-сгибателей, сзади – мышц-разгибателей. Среди мышц передней группы различаются двуглавая мышца плеча, задней – трехглавая мышца плеча.

XVI. Мышцы предплечья на передней поверхности представлены сгибателями, на задней – разгибателями.

XVII. Среди мышц кисти выделяют: 1) длинную ладонную мышцу; 2) сгибатели пальцев.

XVIII. Мышцы, находящиеся в области пояса нижних конечностей, приводят в движение ногу в тазобедренном суставе, а также позвоночный столб. Передняя группа мышц представлена одной крупной мышцей – подвздошно-поясничной. К задненаружной группе мышц тазового пояса относятся: 1) большая мышца; 2) средняя ягодичная мышца; 3) малая ягодичная мышца.

XIX. Ноги имеют более массивный скелет, чем руки. Их мускулатура обладает большей силой, но меньшим разнообразием и ограниченным размахом движений.

На бедре спереди находится самая длинная в человеческом теле (до 50 см) портняжная мышца. Она сгибает ногу в тазобедренном и коленном суставах.

Четырехглавая мышца бедра лежит глубже портняжной мышцы, при этом она облегает бедренную кость почти со всех сторон. Основная функция этой мышцы – разгибание коленного сустава. При стоянии четырехглавая мышца не дает коленному суставу сгибаться.

На задней поверхности голени располагается икроножная мышца, которая сгибает голень, сгибает и несколько вращает наружу стопу.

Исследования показали, что уже с первых лет жизни движения ребенка играют значительную роль в функционировании речи. Доказано, что формирование речи во взаимодействии с двигательным анализатором идет особенно успешно.

Физическое воспитание, состоящее в укреплении здоровья и физическом совершенствовании детей, существенно отражается и на развитии мышления, внимания и памяти. В этом заключается не просто биологический смысл: происходит расширение возможностей человека в восприятии, переработке и использовании информации, усвоении знаний, разностороннем изучении окружающей природы и самого себя.

Физические упражнения совершенствуют мышечную систему и вегетативные функции (дыхание, кровообращение и др.), без которых невозможно выполнение мышечной работы. Кроме того, упражнения стимулируют функции центральной нервной системы.

Однако физические упражнения являются ведущим, но не единственным фактором, влияющим на организм в ходе физического воспитания. Очень важно помнить об общем рациональном режиме, правильной организации питания и сна. Большое значение имеет закаливание и т. д.

Возрастные закономерности развития моторики. Возрастной физиологией собран огромный фактический материал о возрастных закономерностях развития моторики детей и подростков.

Самые значительные изменения двигательной функции наблюдаются в младшем школьном возрасте. В соответствии с морфологическими данными нервные структуры двигательного аппарата ребенка (спинной мозг, проводящие пути) созревают на самых ранних этапах онтогенеза. В отношении центральных структур двигательного анализатора установлено, что их морфологическое дозревание происходит в возрасте от 7 до 12 лет. Кроме того, к этому времени достигают полного развития чувствительные и двигательные окончания мышечного аппарата. Развитие же самих мышц и их рост продолжаются до 25–30 лет, чем и объясняется постепенное повышение абсолютной силы мышц.

Таким образом, можно сказать, что основные задачи школьного физического воспитания нужно успеть максимально полно решить за первые восемь лет обучения детей в школе, иначе будут упущены самые продуктивные возрастные периоды для развития двигательных возможностей детей.

Период 7-11 лет. Исследования показывают, что школьники в этот период обладают относительно низкими показателями мышечной силы. Силовые и особенно статические упражнения вызывают у них быстрое утомление. Дети младшего школьного возраста более приспособлены к кратковременным скоростно-силовым упражнениям, однако их следует постепенно приучать к сохранению статических поз, что положительно влияет на осанку.

Период 14–17 лет. Этот период характеризуется наиболее интенсивным ростом мышечной силы у мальчиков. У девочек рост мышечной силы начинается несколько раньше. Наиболее ярко эта разница в динамике развития мышечной силы проявляется в 11–12 лет. Максимальный прирост относительной силы, т. е. силы на килограмм массы, наблюдается до 13–14 лет. Причем к этому возрасту показатели относительной силы мышц мальчиков значительно превосходят соответствующие показатели у девочек.

Выносливость. Наблюдения показывают, что дети 7-11 лет имеют невысокий показатель выносливости к динамической работе, однако с 11–12 лет мальчики и девочки становятся более выносливыми. К 14 годам мышечная выносливость составляет 50–70 %, а к 16 годам – около 80 % выносливости взрослого человека.

Довольно интересно, что между выносливостью к статическим нагрузкам и мышечной силой взаимосвязи нет. Вместе с тем уровень выносливости зависит, например, от степени полового созревания. Опыт показывает, что хорошим средством развития выносливости являются ходьба, медленный бег, передвижение на лыжах.

Временем, когда с помощью средств физического воспитания можно поднять уровень двигательных качеств, является подростковый период. Однако следует помнить, что этот период совпадает с биологическими перестройками организма, связанными с половым созреванием. Поэтому от педагога требуется исключительное внимание к правильному планированию физических нагрузок.

Планирование физической нагрузки. В 7-11 лет происходит интенсивное развитие быстроты движений (частоты, скорости движений, времени реакции и т. д.), поэтому в подростковом возрасте школьники очень хорошо приспосабливаются к скоростным нагрузкам, что выражается в высоких показателях в беге, плавании, т. е. там, где скорость и реакция движений имеют первостепенное значение. Также в этот период наблюдается большая подвижность позвоночного столба, высокая эластичность связочного аппарата. Все эти морфофункциональные предпосылки имеют значение для развития такого качества, как гибкость (отметим, что к 13–15 годам этот показатель достигает максимума).

В 7-10 лет ускоренными темпами развивается ловкость движений. В этом возрасте у детей еще недостаточно совершенен механизм регуляции движений, тем не менее они успешно овладевают основными элементами таких сложных действий, как плавание, катание на коньках, езда на велосипеде и др. При этом дети-дошкольники и младшие школьники труднее приобретают навыки, связанные с точностью движений рук, воспроизведением заданных усилий. Эти параметры достигают сравнительно высокого уровня развития к подростковому возрасту.

К 12–14 годам повышается меткость бросков, метания в цель, точности прыжков. В то же время, по некоторым данным, наблюдается ухудшение координации движений у подростков, связанное с морфофункциональными изменениями в период полового созревания.

Можно сказать, что подростковый возраст имеет большой потенциал для совершенствования двигательного аппарата. Подтверждением тому являются достижения подростков в художественной и спортивной гимнастике, фигурном катании, других видах спорта. Однако при организации физического воспитания в старших классах нужно учитывать, что процесс формирования организма у 16-17-летних школьников еще не завершен, поэтому для тех, кто систематически не занимается спортом, нужно дозировать нагрузки, связанные с проявлением максимальной силы и выносливости. Данные факты, свидетельствующие о гетерохронном развитии двигательных качеств, следует учитывать и стремиться к гармоническому развитию разных сторон моторики детей, подростков и молодежи.

Кроме того, развитие моторики варьируется в достаточно широких пределах у детей одного возраста. Поэтому физическое воспитание должно учитывать функциональные возможности каждого ребенка, не забывая при этом о возрастных особенностях. Ребенка нужно учить умениям и навыкам, для достижения которых у него уже имеются морфофункциональные предпосылки.

Нормирование двигательной активности. Нормирование объема двигательной активности на разных этапах онтогенеза – еще одна важная проблема физического воспитания в школе. Разумеется, чем больше ребенок ежедневно двигается, тем лучше для развития его двигательных функций. Дошкольник находится в движении почти непрерывно, кроме периодов, отводимых на сон и еду. После поступления в школу двигательная активность детей сокращается вдвое. За счет самостоятельной двигательной активности учащихся I–III классов реализуется уже только 50 % оптимального числа движений. Поэтому в этом возрасте так важны организованные формы занятий физическими упражнениями.

В то же время даже у здоровых, правильно развивающихся школьников только спонтанная двигательная активность и уроки физкультуры не могут обеспечить нужного суточного объема движений. Урок физкультуры компенсирует в среднем 11 % необходимого суточного числа движений. Суммарно утренняя гимнастика, гимнастика перед началом уроков в школе, физкультурные паузы на уроках, подвижные игры на переменах, прогулки с играми после уроков составляют до 60 % необходимого суточного объема движений для детей 7-11 лет.

Исследованиями НИИ физиологии детей и подростков АПН (ныне – Институт возрастной физиологии РАО) доказано, что 5–6 ч занятий физическими упражнениями в неделю (два урока физкультуры, ежедневные физкультурно-оздоровительные формы работы, занятия в спортивной секции) способствуют благоприятному физическому развитию, улучшению общей физиологической и иммунной реактивности организма и являются средней оптимальной и необходимой нормой. Установлено, что ежедневные 15-20-минутные подвижные игры для детей I–II классов после третьего урока в 3–4 раза повышают умственную работоспособность.

Для подростков необходим активный отдых после третьего или четвертого урока, а также перед приготовлением домашних заданий, в то время как занятия физкультурой или подвижный отдых после пятого или шестого урока приводят к ухудшению показателей работоспособности и угнетению фагоцитарной активности лейкоцитов крови.

Значение физической культуры для развития двигательного аппарата. Скелетные мышцы влияют на течение обменных процессов и функционирование внутренних органов: дыхательные движения осуществляются мышцами груди и диафрагмой, а мышцы брюшного пресса нормализуют деятельность органов брюшной полости, кровообращения и дыхания. Мощность и величина мышц непосредственно зависят от упражнений и тренировки. Это связано с тем, что в процессе работы усиливается кровоснабжение мышц, улучшается регуляция их деятельности нервной системой, что ведет к росту мышечных волокон, т. е. увеличению массы мускулатуры. Результат тренировки мышечной системы – способность к физической работе, выносливость.

Увеличение двигательной активности детей и подростков ведет к изменениям в костной системе и более интенсивному росту их тела. Тренировка укрепляет кости и делает их более устойчивыми к нагрузкам и травмам. Не менее важно и то, что спорт, физические упражнения, учитывающие возрастные особенности детей и подростков, устраняют нарушения осанки.

Разносторонняя мышечная деятельность способствует повышению работоспособности организма, при этом уменьшаются энергетические затраты организма на выполнение работы. Систематические физические нагрузки формируют более совершенный механизм дыхательных движений. Это выражается в увеличении глубины дыхания, жизненной емкости легких. При мышечной работе легочная вентиляция может доходить до 120 л/мин. Углубленное дыхание тренированных людей лучше насыщает кровь кислородом. Более эластичными становятся кровеносные сосуды в процессе тренировки, что улучшает условия передвижения крови.

Если человек недостаточно двигается по роду своей работы, не занимается спортом, то в среднем и пожилом возрасте эластичность и сократительная способность его мышц снижаются. Это ведет к ряду неприятных последствий: его мышцы становятся дряблыми; в результате слабости мышц брюшного пресса происходит опущение внутренних органов и нарушается функция желудочно-кишечного тракта; слабость мышц спины вызывает изменение осанки, постепенно развивается сутулость, нарушается координация движений.

Таким образом, благоприятный эффект, оказываемый физическими упражнениями на формирование здорового, сильного, выносливого человека с правильным телосложением и гармонично развитой мускулатурой, очевиден.

Череп – это скелет головы. В соответствии с особенностями развития, строения и функций различают два отдела черепа: мозговой и лицевой (висцеральный). Мозговой отдел черепа образует полость, внутри которой располагается головной мозг. Лицевой отдел формирует костную основу дыхательного аппарата и пищеварительного канала.

Мозговой отдел черепа состоит из крыши (или свода черепа) и основания. Теменная кость свода черепа представляет собой четырехугольную пластинку с четырьмя зубчатыми краями. Две теменные кости, соединенные швами, образуют теменной бугор. Спереди от теменных костей лежит лобная кость, большая часть которой представлена чешуей.

Выпуклую часть лицевого отдела черепа образуют лобные бугры, ниже которых расположены кости, формирующие стенки глазниц. Между глазницами находится носовая часть, примыкающая к носовым костям, ниже которых расположены ячейки решетчатой кости.

Сзади теменных костей расположена затылочная кость, благодаря которой образуется основание черепа и череп соединяется с позвоночником. По бокам крыши черепа находятся две височные кости, также участвующие в образовании основания черепа. В каждой из них содержатся соответствующие отделы органа слуха и вестибулярного аппарата. В основании черепа располагается клиновидная кость.

Кости основания черепа, развившиеся из хряща, соединяются хрящевой тканью, которая с возрастом заменяется костной тканью. Кости крыши, развившиеся из соединительной ткани, соединяются соединительно-тканными швами, которые к старости становятся костными. Это относится и к лицевому отделу черепа.

Лицевой отдел черепа составляют верхняя челюсть, скуловые, слезные, решетчатые, небные, носовые кости, нижняя носовая раковина, сошник, нижняя челюсть и подъязычная кость.

Возрастные особенности черепа. Мозговой и лицевой отделы черепа образуются из мезенхимы. Кости черепа развиваются первичным и вторичным путем (см. 3.1). Череп детей существенно отличается от черепа взрослых его величиной по сравнению с размерами тела, строением и пропорциями отдельных частей тела. У новорожденного мозговой отдел черепа в шесть раз больше лицевого, у взрослого – в 2,5 раза. Иначе говоря, у новорожденного лицевой отдел черепа относительно меньше мозгового отдела. С возрастом эти различия исчезают. Более того, изменяется не только форма черепа и составляющих его костей, но и количество костей черепа.

От рождения и до 7 лет череп растет неравномерно. В росте черепа установлены три волны ускорения: 1) до 3–4 лет; 2) с 6 до 8 лет; 3) с 11 до 15 лет.

Наиболее быстрый рост черепа происходит на первом году жизни. Затылочная кость выпячивается и вместе с теменными костями растет особенно быстро. Соотношение объема черепа ребенка и взрослого человека выглядит следующим образом: у новорожденного объем черепа равен одной трети объема взрослого; в 6 месяцев – одной второй; в 2 года – двум третям.

В течение первого года жизни толщина стенок черепа увеличивается в три раза. На первом-втором году жизни роднички (участки соединительной ткани) закрываются и замещаются костными швами: затылочный – на втором месяце; клиновидный – на втором-третьем месяце; сосцевидный – в конце первого или начале второго года; лобный – на втором году жизни. К 1,5 годам роднички полностью зарастают, и к четырем годам образуются черепные швы.

В возрасте от 3 до 7 лет основание черепа вместе с затылочной костью растет быстрее, чем свод. В 6–7 лет полностью срастается лобная кость. К 7 годам основание черепа и затылочное отверстие достигают относительно постоянной величины, происходит резкое замедление в развитии черепа. С 7 до 13 лет рост основания черепа еще больше замедляется.

В 6–7 и в 11–13 лет рост костей свода черепа немного усиливается, а к 10 годам в основном заканчивается. Емкость черепа к 10 годам составляет 1300 куб. см (для сравнения: у взрослого – 1500–1700 куб. см).

С 13 до 14 лет интенсивно растет лобная кость, преобладает развитие лицевого отдела черепа во всех направлениях, складываются характерные черты физиономии.

В 18–20 лет заканчивается образование синостоза между телами затылочной и клиновидной костей. В результате прекращается рост основания черепа в длину. Полное слияние костей черепа происходит в зрелом возрасте, однако развитие черепа продолжается. После 30 лет швы черепа постепенно становятся костными.

Развитие нижней челюсти находится в непосредственной зависимости от работы жевательных мышц и состояния зубов. В ее росте наблюдаются две волны ускорения: 1) до 3 лет; 2) с 8 до 11 лет.

Размеры головы у школьников увеличиваются очень медленно. Во всех возрастах у мальчиков средняя окружность головы больше, чем у девочек. Самый большой прирост головы отмечается в возрасте с 11 до 17 лет, т. е. в период полового созревания (у девочек – к 13–14 годам, а у мальчиков – к 13–15).

Соотношение окружности головы и роста с возрастом уменьшается. Если в 9-10 лет окружность головы равна в среднем 52 см, то в 17–18 лет – 55 см. У мужчин емкость полости черепа примерно на 100 куб. см больше, чем у женщин.

Имеются и индивидуальные особенности черепа. К ним относятся две крайние формы развития черепа: длинноголовая и короткоголовая.

Позвоночник составляют 24 свободных позвонка (7 шейных, 12 грудных и 5 поясничных) и 9-10 несвободных (5 крестцовых и 4–5 копчиковых). Свободные позвонки, сочленяемые между собой, соединены связками, между которыми находятся эластичные межпозвоночные диски из волокнистого хряща. Крестцовые и копчиковые позвонки сращены и образуют крестец и копчик. Позвонки развиваются из хрящевой ткани, толщина которой с возрастом уменьшается.

Различают четыре этапа развития эпифизов позвонков: до 8 лет – хрящевой эпифиз; от 9 до 13 лет – обызвествление эпифиза; от 14 до 17 лет – костный эпифиз; после 17 лет – слияние эпифиза с телом позвонка.

С 3 до 15 лет размеры нижних поясничных позвонков увеличиваются больше, чем верхних грудных. Это обусловлено увеличением веса тела, его давлением на нижерасположенные позвонки.

С 3 лет позвонки одинаково растут и в высоту, и в ширину; с 5–7 лет – больше в высоту.

В 6–8 лет образуются центры окостенения в верхней и нижней поверхностях тел позвонков и в концах остистых и поперечных отростков. До 5 лет спинно-мозговой канал развивается особенно быстро. Так как тела позвонков растут быстрее дужек, то емкость канала относительно уменьшается, что соответствует уменьшению относительных размеров спинного мозга.

К 10 годам завершается развитие спинно-мозгового канала, однако структура тела позвонков продолжает развиваться и у детей старшего школьного возраста.

К 25 годам заканчивается окостенение шейных, грудных и поясничных позвонков, к 20 годам – крестцовых, к 30 годам – копчиковых позвонков.

Длина позвоночника особенно резко увеличивается в течение первого и второго годов жизни, затем рост позвоночника замедляется и снова ускоряется с 7 до 9 лет (у девочек больше, чем у мальчиков). С 9 до 14 лет прирост длины позвоночника у мальчиков и девочек замедляется в несколько раз, а с 14 до 20 лет еще больше.

У юношей рост позвоночника заканчивается после 20 лет, у девушек он растет до 18 лет, т. е. рост позвоночника у женщин прекращается раньше, чем у мужчин. Средняя длина позвоночника у мужчин составляет 70–73 см, у женщин – 66–69 см. К концу полового созревания рост длины позвоночника почти завершается (приблизительно равна 40 % длины тела).

Подвижность позвоночника зависит от высоты межпозвоночных хрящевых дисков и их упругости, а также от фронтального и сагиттального размера тел позвонков. У взрослого общая высота межпозвоночных дисков равна одной четвертой высоты подвижной части позвоночника. Чем выше межпозвоночные диски, тем больше подвижность позвоночника. Высота дисков в поясничном отделе составляет одну третью высоты тела смежного позвонка, в верхней и нижней части грудного отдела – одну пятую, в средней его части – одну шестую, в шейном отделе – одну четвертую, поэтому в шейном и поясничном отделах позвоночник имеет наибольшую подвижность.

К 17–25 годам в результате замещения межпозвоночных дисков костной тканью позвоночник становится неподвижным в крестцовом отделе.

Сгибание позвоночника больше его разгибания. Наибольшее сгибание позвоночника происходит в шейном отделе (70°), меньше – в поясничном, наименьшее – в грудном отделе. Наклоны в сторону наибольшие между грудным и поясничным отделами (100°). Наибольшее круговое движение наблюдается в шейном отделе позвоночника (75°), оно практически невозможно в поясничном отделе (5°). Таким образом, наиболее подвижен шейный отдел позвоночника, меньше – поясничный и наименее подвижен грудной, потому что его движения тормозят ребра.

Подвижность позвоночника у детей, особенно 7–9 лет, гораздо больше, чем у взрослых. Это зависит от относительно большей величины межпозвоночных дисков и их большей упругости. Развитие межпозвоночных дисков происходит долго и заканчивается к 17–20 годам.

Физиологические изгибы позвоночника. После рождения позвоночник приобретает четыре физиологических изгиба. В 6–7 недель с подниманием головы у ребенка происходит изгиб кпереди (лордоз) в шейном отделе. В 6 месяцев в результате сидения образуются изгибы кзади (кифозы) в грудном и крестцовом отделах. В 1 год с началом стояния формируется лордоз в поясничном отделе. Первоначально эти физиологические изгибы позвоночника удерживаются мускулатурой, а затем связочным аппаратом, хрящами и костями позвонков.

К 3–4 годам изгибы позвоночника постепенно увеличиваются в результате стояния, ходьбы, под действием силы тяжести и работы мышц. К 7 годам окончательно образуются шейный лордоз и грудной кифоз; к 12 годам – поясничный лордоз, который окончательно формируется к периоду половой зрелости. Поднятие чрезмерных тяжестей увеличивает поясничный лордоз.

У взрослых физиологические изгибы позвоночника распределяются следующим образом.

1. Шейный изгиб: умеренный лордоз, образуемый всеми шейными и верхними грудными позвонками; наибольшая выпуклость приходится на пятый-шестой шейные позвонки.

2. Сильный грудной кифоз, наибольшая выпуклость приходится на шестой-седьмой грудные позвонки.

3. Сильный поясничный лордоз, образованный последними грудными и всеми поясничными позвонками.

4. Сильный крестцово-копчиковый кифоз.

Благодаря пружинному движению позвоночника может изменяться величина его изгибов. В результате изменения изгибов позвоночника и высоты межпозвоночных дисков изменяется и длина позвоночника: с возрастом и в течение дня. В течение суток рост человека колеблется в пределах 1 см, а иногда и 2–2,5 см и даже 4–6 см. В положении лежа длина тела человека больше на 2–3 см, чем в положении стоя.

Грудную клетку составляют 12 пар ребер. Истинные ребра (первая – седьмая пары) с помощью хрящей соединяются с грудиной, из остальных пяти ложных ребер хрящевые концы восьмой, девятой и десятой пар соединяются с хрящом вышележащего ребра, а одиннадцатая и двенадцатая пары не имеют реберных хрящей и обладают наибольшей подвижностью, так как оканчиваются свободно. Вторая – седьмая пары ребер соединены с грудиной небольшими суставами.

С позвонками ребра соединяются суставами, которые при поднятии грудной клетки определяют движение верхних ребер в основном вперед, а нижних – в стороны.

Грудина является непарной костью, в которой различаются три части: рукоятка, тело и мечевидный отросток. Рукоятка грудины сочленяется с ключицей при помощи сустава, содержащего внутрихрящевой диск (по характеру движений он приближается к шаровидным сочленениям).

Форма грудной клетки зависит от возраста и пола. Кроме того, форма грудной клетки изменяется из-за перераспределения силы тяжести тела при стоянии и ходьбе в зависимости от развития мускулатуры плечевого пояса.

Возрастные изменения в формировании грудной клетки. Ребра развиваются из мезенхимы, преобразующейся в хрящ на втором месяце утробной жизни. Их окостенение начинается на пятой – восьмой неделе, а грудины – на шестом месяце. Ядра окостенения в головке и бугорке появляются в верхних десяти ребрах в 5–6 лет, а в последних двух ребрах – в 15 лет. Слияние частей ребра заканчивается к 18–25 годам.

До 1–2 лет ребро состоит из губчатого вещества. С 3–4 лет компактный слой развивается в середине ребра. С 7 лет компактный слой разрастается по всему ребру. С 10 лет компактный слой продолжает увеличиваться в области угла. К 20 годам завершается окостенение ребер.

В мечевидном отростке ядро окостенения появляется в 6-12 лет. В 15–16 лет срастаются нижние отрезки тела грудины. В 25 лет мечевидный отросток срастается с телом грудины.

Грудина развивается из множества парных точек окостенения, которые чрезвычайно медленно сливаются. Окостенение рукоятки и тела грудины заканчивается к 21–25 годам, мечевидного отростка – к 30 годам. Слияние трех частей грудины в одну кость происходит гораздо позднее, причем далеко не у всех людей. Таким образом, грудина формируется и развивается позже всех других костей скелета.

Форма грудной клетки. У людей встречаются две крайние формы грудной клетки: длинная узкая и короткая широкая. Им соответствуют и формы грудины. Среди основных форм грудной клетки различают коническую, цилиндрическую и плоскую форму.

Форма грудной клетки существенно изменяется с возрастом. После рождения и в первые несколько лет жизни грудная клетка имеет форму конуса с обращенным вниз основанием. С возраста 2,5–3 лет рост грудной клетки идет параллельно росту тела, в связи с этим ее длина соответствует грудному отделу позвоночника. Затем рост тела ускоряется, а грудная клетка становится относительно короче. В первые три года наблюдается увеличение окружности грудной клетки, что приводит к преобладанию в верхней части грудной клетки поперечного диаметра.

Постепенно грудная клетка изменяет конусообразную форму и приближается к таковой у взрослого человека, т. е. приобретает форму конуса с основанием, обращенным кверху. Окончательную форму грудная клетка приобретает к 12–13 годам, но имеет меньшие размеры, чем у взрослых.

Половые различия в форме и окружности грудной клетки. Половые различия в форме грудной клетки проявляются примерно с 15 лет. С этого возраста начинается интенсивное увеличение сагиттального размера грудной клетки. У девочек во время вдоха резко поднимаются верхние ребра, у мальчиков – нижние.

В росте окружности грудной клетки также наблюдаются половые различия. У мальчиков окружность грудной клетки с 8 до 10 лет увеличивается на 1–2 см в год, к периоду полового созревания (с 11 лет) – на 2–5 см. У девочек до 7–8 лет величина окружности грудной клетки превосходит половину величины их роста. У мальчиков такое соотношение наблюдается до 9-10 лет, с этого возраста половина величины роста становится больше размера окружности грудной клетки. С 11 лет у мальчиков ее прирост меньше, чем у девочек.

Превышение половины роста над окружностью грудной клетки зависит от скорости роста тела, которая больше скорости роста окружности грудной клетки. Рост окружности грудной клетки уступает и прибавлению веса тела, поэтому отношение веса тела к окружности грудной клетки с возрастом постепенно уменьшается. Быстрее всего окружность грудной клетки растет в период полового созревания и в летне-осенний период. Нормальное питание, хорошие гигиенические условия и физические упражнения оказывают главенствующее влияние на рост окружности грудной клетки.

Параметры развития грудной клетки зависят от развития скелетных мышц: чем больше развита скелетная мускулатура, тем больше развита грудная клетка. При благоприятных условиях окружность грудной клетки у детей 12–15 лет больше на 7–8 см, чем при неблагоприятных. В первом случае окружность груди сравняется с половиной роста в среднем к 15 годам, а не к 20–21 году, как у детей, находившихся в неблагоприятных условиях жизни.

Неправильная посадка детей за партой может повлечь деформацию грудной клетки и, как следствие, нарушение развития сердца, крупных сосудов и легких.

Тазовый пояс состоит из лобковой, подвздошной и седалищной костей, которые закладываются самостоятельно и с возрастом сливаются, образуя таз, соединенный сзади с крестцовым отделом позвоночника. Таз служит опорой для внутренних органов и ног. Благодаря подвижности поясничного отдела позвоночника таз увеличивает амплитуду движений ноги.

Скелет ноги состоит из бедренной кости (скелет бедра), из большой берцовой и малой берцовой костей (скелет голени) и из костей стопы.

Предплюсну составляют таранная, пяточная, ладьевидная, кубовидная и три клиновидные кости. Плюсну образуют пять плюсневых костей. Пальцы стопы состоят из фаланг: две фаланги в первом пальце и по три фаланги в остальных пальцах. Сесамовидные косточки расположены, как и в руке, но значительно лучше выражены. Самой крупной сесамовидной костью скелета ноги является надколенная чашка, находящаяся внутри сухожилия четырехглавой мышцы бедра. Она увеличивает плечо силы этой мышцы и защищает коленный сустав спереди.

Развитие костей таза. Наиболее интенсивный рост костей таза наблюдается в первые три года жизни. В процессе сращения костей таза можно выделить несколько этапов: 5–6 лет (начало сращения); 7–8 лет (срастаются лобковая и седалищная кости); 14–16 лет (кости таза уже почти сращены); 20–25 лет (конец полного сращения).

Эти сроки необходимо учитывать при трудовых движениях и физических упражнениях (особенно для девочек). При резких прыжках с большой высоты и при ношении обуви на высоких каблуках несросшиеся кости таза смещаются, что приводит к неправильному их сращению и сужению выхода из полости малого таза, приводящему к затруднению родов. Нарушение сращения также вызывают чрезмерное неправильное сидение или стояние, переноска больших тяжестей, особенно при неравномерном распределении нагрузки.

Размеры таза у мужчин меньше, чем у женщин. Различают верхний (большой) таз и нижний (малый) таз. Поперечный размер входа в малый таз у девочек изменяется скачкообразно в несколько этапов: в 8-10 лет (очень быстро увеличивается); в 10–12 лет (наблюдается некоторое замедление его прироста); с 12 до 14–15 лет (прирост снова увеличивается). Переднезадний размер увеличивается более постепенно; с 9 лет он меньше поперечного. У мальчиков оба размера таза увеличиваются равномерно.

Развитие костей нижних конечностей. К моменту рождения бедренная кость состоит из хряща, костным является только диафиз. Синостозирование в длинных костях заканчивается в возрасте от 18 до 24 лет. Коленная чашка приобретает форму, характерную для взрослого, к 10 годам.

Развитие костей предплюсны происходит гораздо раньше костей запястья, ядра окостенения в них (в пяточной, таранной и кубовидной костях) появляются еще в утробном периоде. В клиновидных костях они возникают в 1-3-4 года, в ладьевидной – в 4,5 года. В 12–16 лет заканчивается окостенение пяточной кости.

Кости плюсны окостеневают позже костей предплюсны, в возрасте 3–6 лет. Окостенение фаланг стопы происходит на третьем-четвертом году жизни. Окончательное окостенение костей ног происходит: бедренной, большеберцовой и малоберцовой – к 20–24 годам; плюсневых – к 17–21 у мужчин и к 14–19 у женщин; фаланг – к 15–21 у мужчин и к 13–17 годам у женщин.

С 7 лет ноги растут быстрее у мальчиков. Наибольшее отношение длины ноги к туловищу достигается у мальчиков к 15 годам, у девочек – к 13 годам.

Стопа человека образует свод, который опирается на пяточную кость и передние концы плюсневых костей. Общий свод стопы составляют продольный и поперечный своды. Формирование свода стопы у людей произошло как результат прямохождения.

Для формирования свода стопы большое значение имеет развитие мышц ног, в частности тех из них, которые удерживают продольный и поперечный своды. Свод позволяет равномерно распределять тяжесть тела, действует, как пружина, смягчая сотрясение и толчки тела во время ходьбы. Он защищает от давления мышцы, сосуды и нервы подошвенной поверхности. Сглаживание свода (плоскостопие) развивается при длительном стоянии, переноске больших тяжестей, при ношении узкой обуви. Плоскостопие приводит к нарушениям осанки, механики ходьбы.

К скелету верхних конечностей относятся плечевой пояс и скелет руки. Плечевой пояс состоит из лопатки и ключицы, скелет руки – из плеча, предплечья и кисти. Кисть делится на запястье, пясть и пальцы.

Лопатка – это плоская кость треугольной формы, расположенная на спине. Ключица – трубчатая кость, один конец которой сочленяется с грудиной и ребрами, а другой – с лопаткой. Реберно-ключичный сустав появляется у детей с 11–12 лет; наибольшего развития он достигает у взрослых.

Скелет руки состоит из плечевой кости (скелет плеча), из локтевой и лучевой костей (скелет предплечья) и из костей кисти.

Запястье состоит из восьми мелких костей, расположенных в два ряда, образующих желоб на ладони и выпуклость на ее тыльной поверхности.

Пясть состоит из пяти небольших трубчатых костей, из которых самая короткая и толстая – кость большого пальца, самая длинная – вторая кость, а каждая из следующих костей меньше предыдущей. Исключение составляет большой (первый) палец, состоящий из двух фаланг. В остальных четырех пальцах по три фаланги. Самая большая фаланга проксимальная, меньше – средняя, наименьшая – дистальная.

На ладонной поверхности присутствуют постоянные сесамовидные косточки – внутри сухожилий между пястной костью большого пальца и его проксимальной фалангой и непостоянные – между пястной костью и проксимальной фалангой второго и пятого пальцев. Гороховидная кость запястья также относится к сесамовидным костям.

Суставы запястья, пясти и пальцев укреплены мощным связочным аппаратом.

Возрастные особенности развития верхних конечностей. У новорожденного ключица почти полностью костная, образование ядра окостенения в грудинном ее отделе происходит в 16–18 лет, слияние с ее телом – в 20–25 лет. Срастание ядра окостенения клювовидного отростка с телом лопатки происходит в 16–17 лет. Синестозирование акромиального отростка с ее телом заканчивается в 18–25 лет.

Все длинные кости у новорожденного, такие как плечевая, лучевая, локтевая, имеют хрящевые эпифизы и костные диафизы. Костей в запястье нет, и окостенение хрящей начинается: на первом году жизни – в головчатой и крючковидной костях; в 2–3 года – в трехгранной кости; в 3–4 года – в полулунной кости; в 4–5 лет – в ладьевидной кости; в 4–6 лет – в многоугольной большой кости; в 7-15 лет – в гороховидной кости.

Сесамовидные кости в первом пястно-фаланговом суставе появляются в 12–15 лет. В 15–18 лет нижний эпифиз плечевой кости сливается с ее телом, а верхние эпифизы сливаются с телами костей предплечья. На третьем году жизни происходит окостенение проксимальных и дистальных эпифизов фаланг. «Костный возраст» определяют центры окостенения кисти.

Окостенение костей верхних конечностей заканчивается: в 20–25 лет – в ключице, лопатке и в плечевой кости; в 21–25 лет – в лучевой кости; в 21–24 года – в локтевой кости; в 10–13 лет – в костях запястья; в 12 лет – в пястье; в 9-11 лет – в фалангах пальцев.

Окостенение заканчивается у мужчин в среднем на два года позже, чем у женщин. Обнаружить последние центры окостенения можно в ключице и лопатке в 18–20 лет, в плечевой кости – в 12–14 лет, в лучевой кости – в 5–7 лет, в локтевой кости – в 7–8 лет, в пястных костях и фалангах пальцев – в 2–3 года. Окостенение сесамовидных костей обычно начинается в период полового созревания: у мальчиков – в 13–14 лет, у девочек – в 12–13. Начало слияния частей первой пястной кости говорит о начале полового созревания.

Школьная мебель должна соответствовать возрастным изменениям роста и пропорций тела детей, исключать возможность повреждения тела и легко поддерживаться в чистоте.

Парта. Это основной вид школьной мебели. Подбор парты, соответствующей росту ребенка, и правильная посадка являются профилактикой нарушений осанки и зрения. Нормативами утверждено пять номеров столов по росту учеников (в см): А – 115–130, Б – 130–145, В – 145–160, Г – 160–175, Д – 175–190.

Для нормальных условий зрения при чтении и письме наклон крышки стола парты должен составлять 14–15°. На крышке стола парты должна свободно размещаться книга или тетрадь под углом 25° к ее краю.

Стул. Спинка стула обеспечивает дополнительную точку опоры тела в пояснично-крестцовой области. Изгиб спинки стула должен быть на уровне поясничного изгиба позвоночника и соответствовать ему по высоте.

Дистанцией спинки стула называется расстояние от края крышки стола до спинки стула. Для правильного расчета дистанции необходимо к диаметру туловища школьника прибавить 3–5 см.

Переднезадний размер сиденья стула должен соответствовать 2/3-3/4 бедра, высота стула над полом – длине голени до подколенной впадины с прибавлением 2 см и с учетом высоты каблука.

Дистанцией сиденья называется расстояние от края крышки стола до переднего края сиденья. Рекомендуется отрицательная дистанция, при которой передний край сиденья заходит на 2–3 см за край крышки стола, так как она исключает искривления позвоночника и нарушение зрения.

Разница между высотой края крышки стола и высотой сиденья называется дифференцией парты. Она должна равняться расстоянию от сиденья до локтя руки, прижатой к туловищу, с прибавлением 2–2,5 см.

Наиболее рациональные соотношения роста детей и рабочего места при росте 110–119 см составляют: высота стола – 51 см, высота сиденья – 30 см, глубина сиденья – 24–25 см. На каждые 10 см увеличения роста соответствующие размеры повышаются на 4, 3 и 2 см соответственно, начиная с роста 150–159 см глубина сиденья увеличивается на 4 см.

Правильная посадка за партой: прямое положение туловища с незначительным наклоном головы вперед, опора на спинку сиденья (без опоры грудью о край крышки парты), ноги согнуты под прямым или несколько большим (100–110°) углом с опорой на пол или подножку парты.

Заметим, что не менее важную роль играет посадка учеников с учетом их физиологических особенностей. Так, школьников с пониженным слухом рекомендуется рассаживать на передних партах, а близоруких – у окон.