U dzieci występuje korzystna w porównaniu z osobami dorosłymi proporcja objętości serca do beztłuszczowej masy ciała. U chłopców osiąga ona nawet około 14ml/kg, podczas gdy u dorosłych sportowców 15ml/kg. Cechą wyrażającą sprawność adaptacji układu krążenia dziecka do wysiłku jest możliwość szybkiego osiągania 50% indywidualnego VO2max od chwili jego rozpoczęcia. Dzieci mogą osiągnąć tę wartość już po około 30 sekundach wysiłku, podczas gdy dorośli dopiero po około 2 minutach. Dzieci mają dużą wydolność układu krążenia, ale posiadają za to mniejsze możliwości wykorzystania beztlenowych źródeł energetycznych. Predyspozycje do czerpania energii z przemian tlenowych posiadają podobne jak u osób dorosłych.
W okresie dojrzewania wzrasta wielkość wentylacji minutowej płuc, co jest przede wszystkim spowodowane powiększaniem się rozmiarów ciała, czyli większymi przyrostami objętości oddechowej w porównaniu do tempa obniżania się częstości oddychania. Wartości maksymalnej minutowej wentylacji płeć wynoszą u chłopców 12-letnich ok. 62 l / min, natomiast u 15-latków już ok. 102 l / min, przy czym wielkość zmian tego wskaźnika w okresie między dwunastym a piętnastym rokiem życia jest zdecydowanie większa niż w przedziale wiekowym od 8 do 11 lat. Z kolei maksymalna objętość oddechowa między dwunastym a siedemnastym rokiem życia powiększa się z ok. 1,0 do ok. 2,5 l, natomiast maksymalna częstość oddechów obniża się z 55 do 40/min.
Dzieci produkują niższe wartości CO2 przy porównywalnym zużyciu O2 w stosunku do osób dorosłych. Na podstawie badań można stwierdzić, że jednym z istotnych czynników ograniczających zdolność dzieci do podejmowania wysiłku beztlenowego jest niska zdolność buforowania mleczanu. Po analizie wyników konkurencji wymagających wysokiej pojemności metabolizmu beztlenowego, tj. biegu na 100m, 200m, 400m zarejestrowanych podczas zawodów lekkoatletycznych odbywających się w USA – United States Junior Olimpic Championships okres stabilizacji nastąpił pomiędzy 13 a 15 rokiem życia, a u chłopców w wieku 16-17 lat.
Poziom regeneracji
Czynnikiem, który w sposób istotny odróżnia dzieci i osoby dorosłe jest tempo powysiłkowej restytucji. Krótszy u dzieci czas trwania regeneracji sił spowodowany jest szybszą neutralizacją kwaśnych metabolitów oraz mniejszą ich koncentracją we krwi. U chłopców w wieku 9-12 lat całkowity powrót zdolności wysiłkowych po wykonaniu testu Wingate następuje już po około 2 minutach odpoczynku, podczas gdy u dorosłych mężczyzn dopiero po 10 minutach. W badaniach porównujących poziom regeneracji po wysiłku beztlenowym wyniki wykazały, że u chłopców 9-12 letnich regeneracja była dużo szybsza niż u mężczyzn 19-22 letnich. Kolejny wysiłek podejmowany przez grupy wykazywał, że młodsi badani potrafili wygenerować większą moc po przerwie, co świadczyło o szybszym poziomie regeneracji. W innych badaniach maksymalny poziom mleczanu w mięśniach u dorosłych wynosił 17 mmol/kg tkanki mięśniowej, a maksymalny poziom uzyskany u dzieci wyniósł 11 mmol/kg. Także inne badania potwierdziły niższy poziom mleczanu we krwi u dzieci. Za główny powód uważa się niższe stężenie u dzieci fosfofruktokinazy – enzymu uczestniczącego w beztlenowym rozkładzie glukozy. Inne źródła podają testosteron jako czynnik istotnie wpływający na wielkość powstawania mleczanu podczas wysiłku i metabolizm beztlenowy w komórkach mięśniowych. U chłopców wskaźniki układu oddechowego i krążenia powracają do wartości spoczynkowych w czasie o około połowę krótszym niż ma to miejsce u mężczyzn, co jest między innymi efektem mniejszego powysiłkowego stężenia mleczanu oraz koncentracji jonów wodorowych u dzieci, w porównaniu do dorosłych. U dzieci można zatem stosować krócej trwające przerwy wypoczynkowe.
Wydolność beztlenowa
Dzieci mają mniejsze niż dorośli zdolności wykonywania wysiłków beztlenowych, opartych na beztlenowym potencjale energetycznym. Główne przyczyny tego zjawiska to zachodzące w mięśniach reakcje biochemiczne oraz wewnątrzmięśniowy potencjał energetyczny. U dzieci występują uboższe zasoby związków wysokoenergetycznych przede wszystkim fosfokreatyny i glikogenu, jak też mniejsze zdolności resyntezy ATP oraz neutralizacji metabolitów wysiłkowej przemiany materii. Z kolei mniejsze stężenie fosfofruktokinazy (PFK) – enzymu limitującego tempo glikolizy beztlenowej, powoduje wolniejsze u dzieci tempo wykorzystania glikogenu mięśniowego. Udowodniono, że aktywność PFK wynosi zaledwie ok. 40% aktywności poziomu notowanego u osób dorosłych.
W wieku rozwojowym, szczególnie między jedenastym a szesnastym rokiem życia dochodzi do stopniowego wzrostu zasobów energetycznych dostarczających energii w toku przemian beztlenowych czego efektem jest zwiększanie zdolności do wykonywania wysiłków krótkotrwałych o maksymalnej i supramaksymalnej mocy.
Bezpośrednią przyczyną słabszej zdolności wykonywania wysiłków beztlenowych jest mniejsze tempo glikolizy beztlenowej. Mniejsze zdolności dzieci do kontynuowania wysiłków o wysokiej mocy jest zatem znacznie większa ich wrażliwość na wzrost koncentracji kwasu mlekowego. Między innymi dlatego wcześniej przerywają one wysiłki o stopniowo wzrastającej intensywności. Przed osiągnięciem dojrzałości, zarówno u chłopców, jak i dziewcząt dochodzi do skrajnego zmęczenia przy nieznacznym poziomie stężenia mleczanu we krwi, natomiast w okresie późniejszym objawy wyczerpania są już związane ze stosunkowo wysokimi wielkościami koncentracji kwasu mlekowego. U osób dorosłych jest to związane ze znaczniejszymi możliwościami wykorzystania energii z glikolizy beztlenowej podczas wysiłków krótkotrwałych, a więc ze zdolnością do stopniowego zwiększania tolerancji ustroju na pojawienie się większych stężeń kwaśnych metabolitów wysiłkowej przemiany materii. Dzieci za to szybciej neutralizują kwas mlekowy po wysiłku, albo podczas krótkiej przerwy.
Niższy poziom maksymalnej mocy beztlenowej u dzieci jest efektem mniejszej koncentracji i tempa wykorzystania glikogenu mięśniowego w czasie pracy fizycznej. Wykazano bowiem, że wewnątrzmięśniowa koncentracja ATP u osobników w okresie przed- i popokwitaniowym jest bardzo podobna, oraz że mniejsze stężenie fosfokreatyny kompensowane jest stosunkowo wysokim tempem jej utylizacji. Efektem tego są stosunkowo nieduże różnice między dziećmi i osobami dorosłymi w wielkości maksymalnej mocy anaerobowej podczas krótkotrwałych testów, a kiedy udział glikolizy beztlenowej się zwiększa podczas dostarczania energii dla intensywnie pracujących mięśni – wtedy różnice są większe.
Wydolność tlenowa
Dzieci są bardzo podatne na wpływ treningu tlenowego. Wyniki badań wskazują na niemal jednakowe, w zestawieniu z osobami dorosłymi potreningowe przyrosty wydolności tlenowej mierzonej poziomem maksymalnego poboru tlenu. Spowodowane jest to przyrostem masy mięśnia sercowego, powiększeniem objętości wyrzutowej serca oraz ilości krwi przepływającej w jednostce czasu przez naczynia kapilarne mięśni.
Przyczyną lepszego u dzieci zaopatrzenia pracujących mięśni w tlen na początku pracy i w efekcie czerpania energii w większym stopniu z przemian aerobowych jest szybsza adaptacja układu oddechowo-krążeniowego do potrzeb wysiłku fizycznego. Dzieci charakteryzują się większą objętością płynów ustrojowych w stosunku do masy mięśniowej. Stwierdzono również, że na początku pracy o intensywności okołoprogowej dzieci szybciej osiągają stan równowagi czynnościowej co wpływa na wielkość deficytu tlenowego. Zjawisko to jest mniej widoczne podczas wysiłków o mniejszej intensywności.
Tolerancja wysiłkowa, a więc zdolności do wykonywania wysiłków długotrwałych o umiarkowanej intensywności nie są znacząco niższe u dzieci niż u osób dorosłych.
Wskaźnik
3-10 lat
11-15 lat
16-20 lat
Masa serca [g]
85-100
150-245
250-300
Objętość serca (różnice procentowe w stosunku do pierwszej doby życia)
330
530
1000
Stosunek masy mięśniowej lewej komory do prawej
2:1
3:1
2,5:1
Pojemność minutowa serca [l/min]
3,2
3,8
4-5
Ciśnienie skurczowe/rozkurczowe krwi [mm Hg] (kPa)
99/64 (13,2/8,5)
117/73 (15,6/9,7)
120/75 (16/10)
Powierzchnia pęcherzyków płucnych [m2]
50
100
Liczba oddechów/min
24
20
14-18
Tabela 1. Wielkości wskaźników fizjologicznych w różnych okresach życia (na podst.: „Wydolność fizyczna dzieci i młodzieży”. Adach Z. 2002)
Maksymalna minutowa wentylacja płuc oraz pojemność i objętość płuc powiększają się aż do ukończenia dojrzewania , podobnie jak rozmiary ciała. Pojemność życiowa płuc od okresu przedszkolnego do zakończenia dojrzewania zwiększa się od 1000 do 3000 ml, a całkowita ich pojemność od 1400 do 4500 ml. Jednocześnie zmniejsza się procentowy udział objętości oddechowej w pojemności życiowej płuc i u 10-letnich dzieci wynosi on około 23%, a u 17-letnich 13%. Zmniejsza się natomiast częstotliwość oddychania, od 24/min u 6-latków do 16/min w wieku 17 lat. Przebieg tych zmian jest u chłopców podobny jak u dziewcząt.
Dziecko, podobnie jak dorośli jest zdolne wykonywać w dłuższym czasie bez uszczerbku zdrowia wysiłki o niezbyt dużej intensywności. Decyduje o tym przede wszystkim bardzo korzystna reakcja układu krążenia. Podwyższony poziom utlenienia tłuszczu, zwiększona aktywność acetylo-koenzymu-A oraz wysoka zawartość mitochondriów w mięśniach powodują wysoką efektywność procesów utleniania komórkowego u dzieci i zwiększone predyspozycje do wykonywania wysiłków wytrzymałościowych. Jednocześnie stwierdza się korzystną reakcję ochronną organizmu na wykonywanie bardzo intensywnych wysiłków. Niższa niż u dorosłych aktywność kinazy keratynowej, mniejsza masa ciała oraz mniejszy udział mięśni w tej masie powodują ograniczenie mechanicznego obciążenia aparatu ruchu, co ogranicza niebezpieczeństwo jego uszkodzenia.
Pełna sprawność glikolizy beztlenowej oraz wysoka kwasica podczas wysiłku fizycznego rozwijają się dopiero po okresie dojrzewania. Brakuje jednak pełnego wyjaśnienia tego powodu u dzieci, gdyż nie przeprowadzono dotychczas badań jednoznacznie potwierdzających mniejszą aktywność podstawowych dla glikolizy enzymów (np. fosfokruktokinazy). Dzieci mają wyraźnie zaznaczony mechanizm ochronny przed nadmiernym katabolizmem i wysoką kwasicą.
O czym należy pamiętać w treningu dzieci?
– o uzupełnianiu elektrolitów – dzieci wykazują gorszą termoregulację niż dorośli z powodu m. in. większego przepływu krwi, a niedobory wapnia i magnezu mogą zaburzyć kostnienie kości, – dzieci są bardziej podatne na hipertermię (przegrzanie) i hipotermię (wychłodzenie) organizmu, – wykazują obniżoną zdolność do wysiłków beztlenowych, ponieważ mają mniejszą aktywność enzymów glikolitycznych.
Podsumowując, nie udało się dotąd precyzyjnie wyjaśnić, jakie warunki dotyczące częstości, intensywności i czasu trwania powinien spełniać trening, aby oczekiwana stymulacja była dla dzieci najkorzystniejsza, zwłaszcza w aspekcie ich wieku biologicznego. Można jednak wyciągnąć wnioski, że dzieci przed okresem dojrzewania są bardziej przystosowane fizjologicznie do wykonywania wysiłków spokojnych, nawet stosunkowo długotrwałych. W tym zakresie ich naturalny rozwój doskonale wspiera oddziaływania treningowe. Zdecydowanie mniej zaleca się wysiłki o intensywności maksymalnej, wymagających przejawienia wysokiej mocy opartej na metabolizmie beztlenowym, utrzymywanych w dłuższym czasie. Trening powinien być oparty na perspektywicznym rozwoju, bo pełną wydolność człowiek osiąga dopiero po ukończeniu procesu dojrzewania biologicznego. Wtedy można dopiero zacząć wprowadzać najcięższe obciążenia. Dlatego nie należy się obawiać dłuższych treningów u dzieci, a odpowiednia aktywność może im tylko pomóc w prawidłowym rozwoju.
Źródła: Adach Z. Wydolność fizyczna dzieci i młodzieży. W: Podstawy fizjologii wysiłku z zarysem fizjologii człowieka. Red. A. Jaskólski. AWF Wrocław. 2002. Gabryś T. Szmatlan-Gabryś U. Ficek K. Biomedyczne uwarunkowania treningu młodych sportowców. Biblioteka Trenera. Warszawa 2004. Klimek A. T. Tolerancjka wysiłkowa i wydolnośc fizyczna dzieci i młodzieży. W: Wybrane zagadnienia tolerancji wysiłku fizycznego. Pod red. Klukowski K. Klimek A.Y., Jethon Z. Medicina Sportiva. Kraków 2011. Wojnarowska B. Wybrane zagadnienia w sporcie dzieci i młodzieży. W: Medycyna Sportowa pod red. A. Jagier, Naraz K., Dziak A. Wyd. Lek. PZWL. Warszawa 2013
Ciągle aktywny chodziarz, który dalej walczy o kolejne cele (wielokrotny reprezentant Polski i dwukrotny olimpijczyk – z Pekinu i Rio). Współautor książek: „Trening Mistrzów” (2018), „Henryk Szost – Rekordzista” (2019), „Marcin Lewandowski – Mój Bieg” (2020), „Adam Kszczot – W pogoni za mistrzostwem” (2022). Doktor nauk medycznych i nauk o zdrowiu. Pracownik Uniwersytetu Jana Długosza w Częstochowie, a także trener lekkoatletycznych klas sportowych w IV liceum w Częstochowie. Działa też jako sędzia i organizator imprez, nie tylko sportowych.
