Период врабатывания как в возрасте 7-10 лет, так и в возрасте 15–18 лет характеризуется начальным резким увеличением показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем (на 42–45 %) с последующим медленным повышением до необходимого рабочего уровня. Длительность устойчивого состояния при постоянной мощности работы (или оптимального состояния при переменной мощности) короче, чем у взрослых, а утомление наступает быстрее. Быстрое наступление утомления, в частности, обусловлено плохой переносимостью кислородного дефицита. Величина максимального кислородного долга у подростков меньше, чем у взрослых: в 9-10 лет она составляет всего 0,8–1,2 л, в 12–14 лет – 2–2,5 л (у нетренированных взрослых – 6-10 л). В 13 лет величина относительного кислородного долга (в расчете на 1 кг массы тела или 1 м2 поверхности тела) примерно равна 60–70 % соответствующего показателя у взрослых.
В системе крови у детей среднего и старшего школьного возраста при физических нагрузках часто возникает II фаза миогенного лейкоцитоза (I-я нейтрофильная), в то время как у взрослых при тех же нагрузках наблюдается лишь I фаза (лимфоцитарная). Большие мышечные нагрузки вызывают неадекватные реакции крови у подростков – они снижают иммунитет организма. При этом в крови наблюдается угнетение активности и снижение количества Т-лимфоцитов, уменьшается количество иммунного белка гамма-интерферона, появляется феномен исчезающих антител.
В связи с незавершенностью роста массы сердечной мышцы и объема сердца у подростков увеличение систолического объема крови не достигает еще взрослых величин. Даже при максимальном нарастании систолического объема при работе его значения лишь в 2 раза превышают уровень покоя, а у взрослых – в 2,5 раза. В возрасте 8–9 лет максимальные значения систолического объема составляют 70 мл, в 10–11 лет – 80 мл, в 14–15 лет – 100–120 мл, у взрослых мужчин 20–22 лет – 140 мл.
Сравнительно небольшим объемом крови, поступающим в кровяное русло за один удар, объясняется то, что нарастание минутного объема крови у подростков еще в значительной мере зависит от преимущественного повышения частоты сердечных сокращений. Лишь после 15-16-летнего возраста величина сдвигов частоты сердечных сокращений при нагрузках несколько снижается. Величина минутного объема крови у подростков постепенно повышается: в 10–12 лет она равна 3,2 л/мин, в 13–16 лет – 3,8 л/мин, в юношеском возрасте минутный объем крови приближается к уровню взрослых -4,5–5 л/мин.
Недостаточная эффективность регуляторных процессов в пубертатный период у подростков отражается особенно заметно в реакциях кровообращения на статические нагрузки. Если при статических напряжениях малых мышечных групп реакции сердечно-сосудистой системы вполне эффективны, то при статических напряжениях больших мышечных групп в вертикальной позе они явно недостаточны – наблюдается неустойчивость венозного тонуса, затяжной период восстановления. Это отражает низкую выносливость подростков к подобным статическим нагрузкам.
С увеличением возраста повышаются функциональные резервы дыхательной системы. При работе на уровне максимального потребления кислорода величина минутного объема дыхания увеличивается по сравнению с состоянием покоя в возрасте 8–9 лет в 7,5 раз, в 10–11 лет – в 9-11 раз, в 16–18 лет – в 10–12 раз. Однако эффективность дыхания у подростков и в определенной мере у юношей еще мала. Несмотря на возросший рабочий уровень легочной вентиляции, альвеолярный воздух у подростков насыщается кислородом при вдохе меньше, чем у взрослых. Это обусловлено менее глубоким дыхательным объемом, большим относительным объемом вредного пространства, меньшей выносливостью дыхательных мышц, отставанием роста грудной клетки (и соответственно недостаточной величиной жизненной емкости легких), незрелостью регуляторных процессов.
К несовершенству газообмена в легких добавляется еще низкая величина кислородной емкости крови и менее эффективный газообмен в тканях, где невысок коэффициент утилизации кислорода, т. е. малая величина кислорода переходит из артериальной крови в ткани и значительная его часть уносится венозной кровью обратно. У подростков отмечается менее выгодное соотношение поступления кислорода в легкие и потребление его тканями: у ребенка 8–9 лет и подростка 15–16 лет это соотношение составляет 6: 1, а у нетренированного взрослого человека оно равно 5: 1 и у тренированного – 4: 1. У взрослых людей каждый литр кислорода при работе на уровне МПК извлекается из 25 л воздуха, а у подростка – из 35 л, т. е. требуемая работа легких почти в 1,5 раза больше, чем у взрослых. При этом кислородный запрос на работу у подростков и юношей выше, чем у взрослых, на ту же нагрузку. Отмеченные особенности удовлетворения кислородного запроса свидетельствуют о важности регламентирования физических нагрузок у подростков и юношей.
Систематические занятия физическими упражнениями вызывают значительные изменения строения и функций организма, повышают его функциональные возможности и способствуют развитию физических качеств юных спортсменов.
В коре больших полушарий тренирующегося подростка наблюдается повышение функционального состояния (возбудимости и лабильности) корковых нейронов, улучшаются показатели высшей нервной деятельности – сила, уравновешенность и подвижность нервных процессов. Возникающий рост быстродействия мозга отражается в его электрической активности повышением частоты основного ритма покоя – альфа-ритма электроэнцефалограммы. У юных спортсменов 14–15 лет с более высокой частотой альфа-ритма (11–12 колеб./с) наблюдается большая частота теппинг-теста и более высокая пропускная способность мозга, чем у детей того же возраста с меньшей частотой альфа-ритма (8–9 колеб./с).
Уже в 12-14-летнем возрасте юные спортсмены четко дифференцируются по целому комплексу психофизиологических особенностей на два различных типа, которые совершенно необходимо учитывать при выборе генетически адекватного вида спорта, стиля соревновательной деятельности и амплуа спортсмена (атакующий или контратакующий в хоккее). На самых начальных этапах спортивной тренировки следует также самым тщательным образом определить ведущую руку и ногу спортсмена для адекватного выбора вооруженной руки в хоккее, правосторонней или левосторонней стойки. Неадекватный выбор приводит к замедлению и остановке роста спортивного мастерства, создает напряженность в организме, связанную с организацией компенсаторных реакций, и угрожает здоровью спортсмена.
Физические упражнения оказывают положительное влияние на развитие сенсорных систем. Юные спортсмены отличаются точностью кинестетических ощущений, которые выше на наиболее тренируемых мышцах и суставах. При воспроизведении заданных углов сгибания в локтевом суставе (без визуального контроля) хоккеисты делают в 3 раза меньше ошибок, чем нетренированные подростки.
Юные хоккеисты отличаются более обширным полем зрения. Совершенствование поисковой функции глаза позволяет юным подросткам, специализирующимся в игровых видах спорта, мгновенно схватывать наиболее значимую информацию и быстро на нее реагировать. Высококвалифицированные юные хоккеисты демонстрируют великолепную вестибулярную устойчивость и прекрасную координацию.
В среднем и старшем школьном возрасте особенно значительно спортивная тренировка влияет на развитие опорно-двигательного аппарата. В наиболее нагруженных костях скелета заметно увеличивается толщина и плотность костей, степень их минерализации. Мышечная масса и сила преимущественно нарастают в наиболее тренируемых мышцах, создавая специфику топографии мышечной силы, характерную для каждого вида спорта.
В процессе многолетней спортивной тренировки в скелетных мышцах увеличивается объем быстрых гликолитических волокон типа II-б (анаэробных). Возможно также, что под влиянием скорстно-силовых физических упражнений многие волокна промежуточного типа (II-а, окислительные, аэробные) приобретают свойства волокон типа II-б (гликолитических). Показано, что у 12-летних спортсменов объем быстрых мышечных волокон в составе скелетных мышц достоверно превышает этот показатель у незанимающихся подростков (59 % против 51 %). Эти особенности коррелируют у юных спортсменов с большей (в 3 раза) концентрацией в крови гормона тестостерона в состоянии покоя (5.8 нМ/л против 1.8 нМ/л) и большей концентрацией лактата при анаэробной работе.
Повышение мышечной силы часто сопровождается чрезмерным усилением тонуса напряжения без достаточной способности к расслаблению мышц. Такие соотношения снижают амплитуду движений, препятствуют росту работоспособности мышечного аппарата, приводят к быстрому утомлению мышц. У 13-14-летних футболистов в 4-главой мышце бедра отмечали наибольшее увеличение амплитуды тонуса за счет более выраженного нарастания тонуса напряжения, а улучшение показателей расслабления наступало лишь после 16 лет, при переходе в команду мастеров. Подобные изменения являются результатом усиленной изометрической тренировки силы без необходимого внимания к упражнениям на расслабление.
Увеличение массы тела у юных спортсменов сопровождается уменьшением содержания жира в составе тела, особенно заметным у представителей зимних видов спорта (до 7–8 % от массы тела). Чем меньше у них процент жира в составе тела, тем выше физическая работоспособность.
Перестройки соматических функций организма сопровождаются и изменениями вегетативных функций у юных спортсменов. Развитие массы сердечной мышцы и увеличение объема сердца повышают аэробные возможности организма. В системе дыхания под влиянием длительных тренировочных занятий повышается эффективность и экономичность дыхательной функции, увеличивается жизненная емкость легких (на 123 % против должных величин), что обеспечивает быстрый рост максимального потребления кислорода. Снижается чувствительность дыхательного центра к недостатку кислорода (гипоксии) и избытку углекислого газа (гиперкапнии). Это позволяет существенно увеличить переносимость кислородного долга и продлить задержку дыхания.