儿童为何能充电5分钟 玩耍一整天

来源:科普中国发布时间:2019-06-03

成人只有羡慕的份了。

  一年一度的六一儿童节刚过,老师、家长和孩子一同上阵欢度六一。一天下来,相信您已经累趴下了,可孩子往往还精力充沛,不知疲倦。 

  为什么孩子们的精力如此旺盛,每天都要玩到天黑依然不回家呢?今天我们就从孩子的身体构造和行动能力上来分析儿童不知疲倦的原因。 

  孩子们超乎寻常的旺盛精力,很大程度上与他们生理和神经调节方面具有不易疲劳的特质相关。实际上从上世纪中期开始人们就对儿童的骨骼、肌肉以及运动代谢等方面开始了研究,儿童运动能力方面的研究至今仍然为科学家们所关注。 


致2019年的儿童节,愿你们永远保持孩子的心态和体格,健康快乐地成长(图片来源:Freepik.com) 

  相比成人,儿童肌肉更加耐疲劳 

  儿童不仅拥有抗疲劳能力更强的肌肉,而且在高负荷运动后也有非常快速的恢复能力。2018年法国学者的一项研究[1],采用了如下方法。 

  选择三组人群作为研究对象,分别为①8-12岁的儿童,②完全不运动的成年男性,③耐久性运动选手(专业的长距离自行车运动选手以及铁人三项运动员)。三组人群分别进行自行车运动,以测定他们的能量产生程度和运动后的恢复程度。 

  肌肉中的快肌纤维无氧代谢供能为主,具有输出功率大而易疲劳的特点;慢肌纤维有氧代供能为主,具有输出功率小而具有较强的抗疲能力。而肌肉的抗疲劳程度,与其代谢方式相关。 

  通过30秒的高强度短时间无氧运动测试期,研究人员们得出了三组人群的能量输出(也被称为疲劳指数,输出能量值越高,越容易疲劳)。 

  由图可见,在试验期间,青春期前儿童的能量输出比运动员组和普通成人组分别少35.251.8%)。 

  也就是说,儿童的疲惫程度远远低于成年人。这个结果也间接显示了,儿童的无氧代谢比例比成人低,因此不易疲劳。 

    

青春期前儿童,未经训练的成年人和训练有素的成人耐力运动员的随时间变化的力量输出过程(图片来源:见图) 

  儿童运动后身体机能恢复更快 

  再来看运动后恢复的情况,如下图数据显示,春期前儿童的心跳速率在30秒就开始恢复,尽管专业运动员也在45秒也开始恢复,但儿童的恢复速度明显快于成年人。此外,儿童和耐力运动员在运动后摄氧量下降的速度也相似。 

青春期前儿童,未经训练的成年人和训练有素的成人耐力运动员在运动后静心率的恢复速度(图片来源:见图) 

  青春期前儿童的不知疲惫,通常与运动中在肌肉中产生的代谢副产物(即氢离子,乳酸盐,无机磷酸盐)较少累积有关。 

  依靠糖酵解提供能量的短时间大强度无氧运动会产生乳酸。乳酸作为一种强有机酸在其解离时产生氢离子,引起肌肉内PH值下降。氢离子的累积还会干扰钙离子与肌钙蛋白的结合,从而干扰肌肉收缩过程,并导致疲劳发生。儿童可以更快地从血液中清除乳酸,从而更加不易发生疲劳。 

  也有儿科文献表明,青春期前儿童无氧代谢能力较低,其糖酵解能量转换率较低,因此除了代谢快以外,在儿童的血液和肌肉中积累的乳酸浓度也较低,因此就表现出较高的抗疲惫能力。 

  

(图片来源:Pexel.com) 

  另外,儿科的研究人员也专门分析了儿童在运动前后心率的变化[2]。研究人员们针对9912岁的儿童和8名年轻人进行实验,让他们分别进行短时间高强度运动和持续性的低强度运动,并测试运动后4分钟内儿童的心率恢复情况。结果如下图所示,无论是左图的高强度运动还是右图的低强度运动后,儿童都可以迅速地恢复心率。 

儿童和成年人相比,剧烈运动和轻运动后的心率变化图。(图片来源:见图) 

  大家知道我们人具有昼夜节律性,生物钟到了一定时间,就倾向于进入睡眠或者清醒的状态,我们的心率也同样具有昼夜节律性 

  人体内,有一套专门调节内脏昼夜节律的神经系统,分为交感神经和副交感神经两种,交感神经主要支配我们清醒状态下的内脏活动,反之,副交感神经则支配我们睡眠时的内脏活动。 

  对于心脏而言,清晨为了让我们处于清醒状态,交感神经活动活跃而心率增加,睡眠时由于副交感神经占主导而心率降低。而在高或者低强度的运动后心率恢复的早期阶段,尽管意识仍然清醒,但是这个阶段主要由副交感神经控制。 

  和成年人相比,儿童的副交感神经调节能力更强,因此这帮助他们更快的恢复并减慢心率。而此时,年轻成人却仍然保持相对较高的交感神经活动,即心脏处于清醒状态,因此导致心率恢复显著延迟。 

  另外,由于儿童各项器官发育不成熟,运动后如果儿童不尽快恢复心率,可能会导致心脏过度疲劳。因此,孩子们通过增强中枢副交感神经的调节功能,来保护他们频繁运动后超负荷的小心脏。 

    

  儿童和专业运动员具有非常相似的肌肉构造。

       一般来说,运动专家将运动中产生的急性疲劳分为中枢性和外周性。如下图所示,中枢性疲劳涉及中枢神经系统的大脑或脊髓部位,而外周性疲劳主要与肌肉有关,还包括诸如心肺等其他身体器官。 

  外周性和中枢性疲劳之间有复杂的相互作用。例如,中枢神经会反馈运动中产生的肌肉疲劳,并限制运动的速度,以帮助预防疲劳过早产生[3] 

(图片来源:作者制作) 

  法国克莱蒙奥弗涅大学的研究人员在今年二月发表了题为《相比耐力运动员和未受训练的成年人,儿童表现出了更多的神经疲劳特征》的研究[4] 

  该研究首次证明了儿童在高强度期间经历的外周(即肌肉)疲劳较少,并且比未经训练的成人表现出略高的中枢(即神经)疲劳,当人体发生中枢疲劳时,中枢神经系统就可以限制运动的强度,以防止肌肉损伤和疲劳程度[1] 

  专业运动员在耐力方面训练有素,可以在28-33分钟内完成10,000米的比赛。儿童尽管不能完成这样的比赛,但是前文中提到的各项数据显示儿童和上述训练有素的成人耐力运动员在运动过程中的疲劳程度,心跳恢复等方面都非常相似,甚至儿童表现的更为优秀。 

  出现这种结果是由于儿童和专业运动员具有非常相似的肌肉构造(例如肌纤维百分比等),这些构造可以减少对肌肉力量的损伤 [4]这也是为什么青春期前的儿童能够在大多数成年人感到疲惫的情况下,在短暂的休息后就又可以进行反复的高强度运动。 

图片来源:Pexels.com 

  上述研究成果对开发儿童所拥有的潜在的运动能力有指导意义。儿童肌肉的有氧代谢能力和年轻人相似,但他们的无氧代谢能力低于未经训练的成年人。因此,通过在训练中使用更短,更高强度的无氧运动训练来刺激年轻运动员的无氧适应,更有益于他们运动机能的开发 

  除此之外,这些研究同时也告诉大众,我们的身体从儿童时期到大人发生了怎样的变化。研究人员推测从儿童期到成年期肌肉有氧能力的丧失可能会带来不良的健康后果,因此建议进行有氧运动训练以维持我们的健康 

  此外,代谢性疾病,包括糖尿病和许多形式的癌症在年轻人中的患病率正在增加,但在儿童中仍然很少见[5]。因此通过运动训练以维持“童年肌肉”也许会是一种有效的预防疾病、维持健康的好办法。 

    

  参考文献: 

  1,Birat A, Bourdier P, Piponnier E, Blazevich AJ, Maciejewski H, Duché P, Ratel S. Metabolic and Fatigue Profiles Are Comparable Between Prepubertal Children and Well-Trained Adult Endurance Athletes. Front Physiol. 2018 Apr 24;9:387. doi: 10.3389/fphys.2018.00387. eCollection 2018. 

  2,Ohuchi, H., Suzuki, H., Yasuda, K., Arakaki, Y., Echigo, S., and Kamiya, T. (2000). Heart rate recovery after exercise and cardiac autonomic nervous activity in children. Pediatr. Res. 47, 329–335. doi: 10.1203/00006450-200003000-00008 

  3,《人体能量代谢与运动疲劳》https://zhuanlan.zhihu.com/p/37575093 

  4,Bastien Bontemps, Enzo Piponnier, Emeric Chalchat, Anthony J. Blazevich, Valérie Julian, Olivia Bocock, Martine Duclos, Vincent Martin and Sébastien RatelChildren Exhibit a More Comparable Neuromuscular Fatigue Profile to Endurance Athletes Than Untrained Adults Front. Physiol., 15 February 2019 | https://doi.org/10.3389/fphys.2019.00119 

  5,Gunn, H. M., Emilsson, H., Gabriel, M., Maguire, A. M., and Steinbeck, K. S. (2016). Metabolic health in childhood cancer survivors: a longitudinal study in a long-term follow-up clinic. J. Adolesc. Young Adult Oncol.5, 24–30. doi: 10.1089/jayao.2015.0036 

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