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Warum sind Kinder aktiver als Erwachsene?

Warum sind Kinder aktiver als Erwachsene?


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Ich habe beobachtet, dass Kinder normalerweise aktiver sind als Erwachsene. Zum Beispiel stehen sie morgens auf und fangen an zu spielen, sie essen zu Mittag und stehen auf und rennen los, während sie als Erwachsene relativ faul sind.

Warum ist das so oder sind meine Beobachtungen irgendwie falsch? Dankeschön.


Dies ist eine großartige Frage!

Wie ich sehe, sind Sie neu und haben in den obigen Kommentaren erklärt, dass Sie nicht viel Biologie studiert haben. Ich werde die Erklärung kurz und bündig halten.

Kleine Kinder haben ermüdungsresistente Muskeln und erholen sich im Vergleich zu Erwachsenen auch schneller von hochintensiven Trainingseinheiten. Es wurde auch festgestellt, dass Kinder während hochintensiver Trainingseinheiten im Vergleich zu Erwachsenen mehr aerobe Atmung verwenden. Das bedeutet, dass das Kind weniger müde wird und länger trainieren kann. Da sich die Muskeln auch schneller erholen, kann das Kind viel schneller aufstehen und wieder trainieren als der Erwachsene, da er sich noch erholt.

Die aerobe Fitness auf Muskelebene nimmt jedoch ab, wenn das Kind das Erwachsenenalter erreicht, und dies erklärt, warum Kinder mehr Energie haben und viel länger spielen/trainieren können. Sie ermüden weniger und erholen sich schneller.

Ich hoffe, das beantwortet Ihre Frage.

Verweise:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2018.00387/full


Junggeblieben: Warum Kinder, die Sport treiben, gesündere Erwachsene werden

Letzte Woche gab Public Health England bekannt, dass 6 Millionen Erwachsene mittleren Alters in England weniger als 10 Minuten flotten Sport im Monat machen und dabei ihre Gesundheit gefährden. Aber wann fängt das Problem an? Die Antwort scheint „sehr jung“ zu sein. Letztes Jahr porträtierte eine vernichtende internationale Studie britische Kinder als die am wenigsten aktiven der Welt. Trotz der Richtlinien der Regierung, die Eltern auffordern, sicherzustellen, dass ihre Nachkommen jeden Tag mindestens eine Stunde moderater Intensität trainieren, stehen England und Wales im Vergleich zu 38 anderen Nationen, darunter Venezuela und Slowenien, derzeit an dritter Stelle in der Liste – mit Schottland am Ende. Nur 22 % der Jungen im Alter von 11 bis 15 Jahren bewältigen die empfohlene Menge an täglicher Bewegung und nur 15 % der Mädchen.

Aber während eine aktive Kindheit viele offensichtliche kurzfristige Vorteile haben kann, einschließlich der Verringerung der Fettleibigkeit – die neuesten Zahlen deuten darauf hin, dass fast 20 % der 10- bis 11-Jährigen in England fettleibig sind –, wissen wir nur wenig über die langfristigen Die langfristigen Vorteile deuten darauf hin, dass Bewegung noch wichtiger ist, als wir vielleicht bereits annehmen.

Dänemark und Schweden, die sich seit langem für den Zusammenhang zwischen kindlicher körperlicher Aktivität und Leistungen im späteren Leben interessieren, weisen eine deutlich geringere Prävalenz stoffwechselbedingter Erkrankungen bei Kindern auf. Die Forscher untersuchten eine Datenbank mit den Fitnessaufzeichnungen von 1,2 Millionen schwedischen Männern, die zwischen 1950 und 1976 geboren wurden, als sie mit 18 in den Militärdienst eintraten . Mit anderen Worten, je mehr Sport sie in der Pubertät gemacht hatten, desto wahrscheinlicher waren sie beruflich erfolgreich.

Neurowissenschaftler glauben, dass es dafür mehrere Gründe gibt. Studien zeigen, dass ausreichende körperliche Aktivität zur Verbesserung der kardiorespiratorischen Fitness im Kindesalter in direktem Zusammenhang mit der Struktur und Funktion des sich entwickelnden Gehirns steht, insbesondere mit Regionen wie dem Hippocampus, der am Gedächtnis beteiligt ist, und dem präfrontalen Kortex, der seine Bildung nicht abschließt bis Anfang 20.

„Das sich entwickelnde Gehirn in bestimmten Regionen scheint besonders bewegungsfreundlich zu sein“, sagt Charles Hillman, Professor an der Northeastern University. „Die Entwicklung des präfrontalen Kortex ist an unserer Fähigkeit beteiligt, auf der Grundlage von Gedanken und nicht von Impulsen zu denken, zu argumentieren und zielgerichtete Handlungen auszuführen. Im Alltag ist es entscheidend für unsere Fähigkeit, ein erfolgreiches und gesundes Leben zu führen. Bewegung erhöht den Stoffwechselbedarf und als Reaktion darauf steigert das Gehirn die Angiogenese – es baut mehr Kapillarbetten auf, um Blut und Sauerstoff in verschiedene Regionen zu transportieren. Es erhöht auch die Bildung von Synapsen zwischen Neuronen und erhöht die Fähigkeit verschiedener Teile des Gehirns, miteinander zu sprechen.“

Diese Vorteile können in MRT-Scans beobachtet werden, die den Blutfluss zu verschiedenen Teilen des Gehirns und die Konzentrationen einer Vielzahl von Chemikalien zeigen, die an der Stärke und Gesundheit von Neuronen beteiligt sind. Die verfügbaren Daten deuten darauf hin, dass die neuroprotektiven Eigenschaften von Bewegung das ganze Leben lang vorhanden sind, wobei Personen zwischen 60 und 70, die Sport treiben, einen geringeren Risikofaktor haben, an Alzheimer zu erkranken. Daher glauben Wissenschaftler, dass einer der dauerhaften Vorteile des frühen Trainings im Leben tatsächlich psychologisch ist.

„Es gibt eine starke Tendenz, dass Bewegung in der Kindheit einen positiven Einfluss hat“, sagt Ted Garland, Professor für Biologie an der University of California. „Diejenigen, die mit regelmäßiger Bewegung aufgewachsen sind, sind motivierter, als Erwachsene nach draußen zu gehen und zu trainieren. Dies könnte mit der Wirkung von Training auf die Belohnungs-Feedback-Schleifen des Gehirns zusammenhängen. Wir wissen, dass Bewegung den Spiegel von Neurotransmittern wie Dopamin und in gewissem Maße Serotonin erhöht, und dies hat einen Kick-Back-Effekt auf die Motivation, der lange anhält.“

Aber einer der faszinierendsten und neu entdeckten Vorteile von Bewegung in der Kindheit ist einer, der sich in unseren Skeletten verbirgt. Studien haben gezeigt, dass die Knochen eine „Erinnerung“ an frühkindliche Bewegung vor dem Einsetzen der Pubertät behalten, die noch lange nach Beendigung der Bewegung andauert und sogar in einem relativ sesshaften Erwachsenenalter gesundheitliche Vorteile bietet.

„Wenn man sich Kinder anschaut, die schon sehr früh mit intensivem Sport beginnen – zum Beispiel Kinder, deren Eltern sie zum Tennis oder Turnen bringen – führt dies zu einem Muster von Veränderungen in der Art und Weise, wie sich ihre Gene ausdrücken, das sie viele Jahre begleiten.“ sagt Professor Elwyn Firth vom Department of Exercise Sciences der University of Auckland. „Es gibt große Unterschiede in der Knochenmasse, -dichte und dem Mineralstoffgehalt im Vergleich zu denen, die diese Übung nicht gemacht haben. Selbst wenn die Übung im Erwachsenenalter aufhört, bleiben diese Unterschiede 10 Jahre oder länger bestehen, insbesondere wenn die Übung vor der Pubertät begonnen hat.“

Diese Veränderungen machen diese Personen nicht nur im späteren Leben weniger anfällig für Knochenerkrankungen wie Osteoporose, sondern haben auch Auswirkungen auf die Art und Weise, wie Lebensmittel verarbeitet werden, insbesondere auf fettreiche Ernährung. Unsere Knochen sind viel stärker am Energiestoffwechsel beteiligt, als wir vielleicht denken, und die Veränderungen der Genexpression, die durch frühkindliches Training verursacht werden, wirken sich auf eine Vielzahl von Signalwegen aus, die die Entzündungsreaktion des Körpers auf eine kalorienreiche Ernährung verändern. Diese Veränderungen bleiben im Knochenmark bis ins Erwachsenenalter erhalten, wodurch diese Kinder im Erwachsenenalter weniger anfällig für entzündliche Erkrankungen wie Diabetes und Krebs sind.

Wissenschaftler haben bereits früher im Leben Beweise für sportbedingte Vorteile gefunden, die von Müttern weitergegeben werden, die während der Schwangerschaft oder sogar vor der Empfängnis Sport treiben. „Da die Mutter ihren Kreislauf mit dem Nachwuchs teilt, werden alle möglichen Veränderungen in Bezug auf Hormonspiegel oder Blutfettwerte weitergegeben, die alle Auswirkungen auf die Energiespeicherung, die Sauerstoffkapazität und die Muskelgesundheit des Kindes bei der Geburt haben.“ sagt Girlande. „Dies hat Auswirkungen auf ihre natürliche Fähigkeit zu trainieren, aber vielleicht auch auf ihre Motivation, unbewusst zu trainieren. Davon profitieren sie dann ein Leben lang.“

Die weitreichenden Vorteile von Bewegung in der Kindheit sind so groß, dass Wissenschaftler verzweifelt versuchen, ihre Bedeutung zu untermauern. „Die körperliche Aktivität des Menschen im Allgemeinen nimmt rapide ab und wird voraussichtlich noch schlimmer“, sagt Hillman. "Jede Chance, die wir haben, um es zu fördern, ist gut für unsere Gesundheit, die Wirtschaft, den Planeten, wirklich alles."


Abstrakt

Hintergrund

Ein geschlechtsspezifischer Unterschied in der körperlichen Aktivität (PA) unter Jugendlichen, wobei Mädchen weniger aktiv sind als Jungen, ist ein anhaltender Befund in der Literatur. Ein besseres Verständnis der Mechanismen, die diesem Unterschied zugrunde liegen, hat das Potenzial, PA-Interventionsstrategien zu leiten.

Methoden

Im Rahmen der LOOK-Studie wurden Daten im Alter von 8 und 12 Jahren (276 Jungen, 279 Mädchen) an 29 Schulen erhoben. Mehrstufige lineare Modelle wurden getrennt für Jungen und Mädchen angepasst, um die Auswirkungen individueller, familiärer und umweltbezogener Korrelate auf die mit dem Schrittzähler gemessene PA zu untersuchen. Als individuelle Niveaukorrelate wurden die kardiorespiratorische Fitness (mehrstufiger Lauf), der Fettanteil (DEXA), die Auge-Hand-Koordination (Wurf- und Fangtest) und die wahrgenommene Kompetenz im Sportunterricht (Fragebogen) verwendet. Auf Familienebene wurden Unterstützung und Bildung der Eltern (Fragebogen) genutzt. Der Schulbesuch und die außerschulische Sportbeteiligung wurden als Korrelate der Umweltebene berücksichtigt.

Ergebnisse

Mädchen waren 19 % weniger aktiv als Jungen (9420 vs. 11360 Schritte/Tag, p< 0,001, 95 % KI [1844, 2626]). Niedrigere PA bei Mädchen war mit schwächeren Einflüssen auf schulischer und familiärer Ebene und einer geringeren Beteiligung an außerschulischem Sport verbunden. Die besuchte Schule erklärt einen Teil der Unterschiede bei den Jungen PA (8,4%), aber nicht bei den Mädchen. Mädchen im Vergleich zu Jungen hatten im Alter von 8 Jahren weniger günstige individuelle Eigenschaften im Zusammenhang mit PA, darunter 18 % niedrigere kardiorespiratorische Fitness (3,5 vs 4,2, p< 0,001, KI [0,5, 0,9]), 44 % niedrigere Auge-Hand-Koordination ( 11,0 vs. 17,3, p<0,001, KI [5,1,9,0]), höherer Körperfettanteil (28 % vs. 23 %, p<0,001, KI [3,5,5,7]) und 9 % geringere wahrgenommene Kompetenz im Sportunterricht (7,7 vs 8,4, p<0,001, CI [0,2,0.9]). Die Teilnahme an außerschulischem Sport im Alter von 8 oder 12 Jahren schützte bei Jungen, aber nicht bei Mädchen, vor einem Rückgang der PA im Laufe der Zeit.

Abschluss

Mädchen-PA wurde durch sozial-ökologische Faktoren auf individueller, familiärer, schulischer und ökologischer Ebene weniger günstig beeinflusst. Diese Faktoren sind potenziell modifizierbar, was darauf hindeutet, dass die Kluft in der PA zwischen Jungen und Mädchen verringert werden kann. Strategien zur Erhöhung der PA sollten aus mehreren Komponenten bestehen und berücksichtigen, dass die Wege zur Erhöhung der PA bei Jungen und Mädchen wahrscheinlich unterschiedlich sind.

Zitat: Telford RM, Telford RD, Olive LS, Cochrane T, Davey R (2016) Warum sind Mädchen weniger körperlich aktiv als Jungen? Erkenntnisse aus der LOOK-Längsstudie. PLoS ONE 11(3): e0150041. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0150041

Editor: Maciej Buchowski, Vanderbilt University, VEREINIGTE STAATEN

Empfangen: 22. Juli 2015 Akzeptiert: 8. Februar 2016 Veröffentlicht: 9. März 2016

Urheberrechte ©: © 2016 Telford et al. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution License vertrieben wird und die uneingeschränkte Verwendung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium gestattet, sofern der ursprüngliche Autor und die Quelle angegeben werden.

Datenverfügbarkeit: Die Daten stammen vom ACT Health Human Research Ethics Committee für Forscher, die die Kriterien für den Zugang zu vertraulichen Daten erfüllen. Um Daten anzufordern, wenden Sie sich an August Marchesi unter [email protected]

Finanzierung: Diese Studie wurde vom Commonwealth Education Trust finanziert, http://www.commonwealth.org.uk/. Die Geldgeber spielten keine Rolle beim Studiendesign, der Datenerhebung und -analyse, der Entscheidung zur Veröffentlichung oder der Erstellung des Manuskripts.

Konkurrierende Interessen: Die Autoren haben erklärt, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen.


Widerstandsfähigkeit

Die Verringerung der Auswirkungen erheblicher Widrigkeiten auf die gesunde Entwicklung von Kindern ist für den Fortschritt und den Wohlstand jeder Gesellschaft von wesentlicher Bedeutung. Die Wissenschaft sagt uns, dass sich manche Kinder entwickeln Widerstandsfähigkeit, oder die Fähigkeit, ernsthafte Schwierigkeiten zu überwinden, während andere dies nicht tun. Es ist von entscheidender Bedeutung zu verstehen, warum es einigen Kindern trotz negativer früher Erfahrungen gut geht, da dies zu wirksameren Richtlinien und Programmen führen kann, die mehr Kindern helfen, ihr volles Potenzial auszuschöpfen.

Eine Möglichkeit, die Entwicklung von Resilienz zu verstehen, besteht darin, eine Waage oder eine Wippe zu visualisieren. Schützende Erfahrungen und Bewältigungsstrategien auf der einen Seite gleichen erhebliche Widrigkeiten auf der anderen aus. Resilienz ist offensichtlich, wenn die Gesundheit und Entwicklung eines Kindes zu positiven Ergebnissen führt – selbst wenn eine große Menge an Faktoren auf der Seite des negativen Ergebnisses gestapelt ist.

Im Laufe der Zeit können die kumulativen Auswirkungen positiver Lebenserfahrungen und Bewältigungsstrategien die Position des Dreh- und Angelpunkts verschieben, wodurch es einfacher wird, positive Ergebnisse zu erzielen. Spielen Sie Tipping the Scale: The Resilience Game, um mehr zu erfahren.

Der häufigste Einzelfaktor für Kinder, die Resilienz entwickeln, ist mindestens eine stabile und engagierte Beziehung zu einem unterstützenden Elternteil, einer Bezugsperson oder einem anderen Erwachsenen. Diese Beziehungen bieten die personalisierte Reaktionsfähigkeit, das Gerüst und den Schutz, die Kinder vor Entwicklungsstörungen schützen. Sie bauen auch Schlüsselfähigkeiten auf – wie die Fähigkeit, Verhalten zu planen, zu überwachen und zu regulieren –, die es Kindern ermöglichen, adaptiv auf Widrigkeiten zu reagieren und erfolgreich zu sein. Diese Kombination aus unterstützenden Beziehungen, adaptivem Kompetenzaufbau und positiven Erfahrungen ist die Grundlage für Resilienz.

Kinder, denen es trotz schwerer Not gut geht, haben typischerweise eine biologische Widerstandskraft gegen Widrigkeiten und enge Beziehungen zu den wichtigen Erwachsenen in ihrer Familie und Gemeinschaft. Resilienz ist das Ergebnis einer Kombination von Schutzfaktoren. Weder individuelle Merkmale noch das soziale Umfeld allein werden wahrscheinlich positive Ergebnisse für Kinder gewährleisten, die längere Zeit toxischen Stresses ausgesetzt sind. Es ist die Interaktion zwischen Biologie und Umwelt, die die Fähigkeit eines Kindes stärkt, mit Widrigkeiten umzugehen und Bedrohungen für eine gesunde Entwicklung zu überwinden.

Die Forschung hat eine gemeinsame Reihe von Faktoren identifiziert, die Kinder angesichts erheblicher Widrigkeiten für positive Ergebnisse prädisponieren. Personen, die als Reaktion auf eine Form von Widrigkeiten Resilienz zeigen, tun dies möglicherweise nicht unbedingt als Reaktion auf eine andere. Wenn diese positiven Einflüsse jedoch effektiv wirken, „stapeln sie die Waage“ mit positivem Gewicht und optimieren die Belastbarkeit über mehrere Kontexte hinweg. Zu diesen ausgleichenden Faktoren gehören:

  1. Förderung einer unterstützenden Erwachsenen-Kind-Beziehung
  2. Aufbau eines Gefühls der Selbstwirksamkeit und wahrgenommener Kontrolle
  3. Möglichkeiten bieten, Anpassungsfähigkeiten und Selbstregulierungsfähigkeiten zu stärken und
  4. Mobilisierung von Quellen des Glaubens, der Hoffnung und der kulturellen Traditionen.

Das Erlernen des Umgangs mit beherrschbaren Bedrohungen ist entscheidend für die Entwicklung von Resilienz. Nicht jeder Stress ist schädlich. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten im Leben eines jeden Kindes, überschaubaren Stress zu erleben – und mit Hilfe von unterstützenden Erwachsenen kann dieser „positive Stress“ wachstumsfördernd sein. Mit der Zeit werden wir besser in der Lage, mit den Hindernissen und Nöten des Lebens umzugehen, sowohl körperlich als auch geistig.

Die Fähigkeiten, die der Resilienz zugrunde liegen, können in jedem Alter gestärkt werden. Das Gehirn und andere biologische Systeme sind früh im Leben am anpassungsfähigsten. Doch während ihre Entwicklung die Grundlage für ein breites Spektrum belastbarer Verhaltensweisen legt, ist es nie zu spät, Resilienz aufzubauen. Altersgerechte, gesundheitsfördernde Aktivitäten können die Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Person von stressauslösenden Erfahrungen erholt, erheblich verbessern. Zum Beispiel können regelmäßige körperliche Bewegung, Stressreduktionspraktiken und Programme, die aktiv exekutive Funktionen und Selbstregulationsfähigkeiten aufbauen, die Fähigkeiten von Kindern und Erwachsenen verbessern, mit Widrigkeiten in ihrem Leben umzugehen, sich anzupassen und sogar zu verhindern. Erwachsene, die diese Fähigkeiten in sich selbst stärken, können ihren Kindern ein gesundes Verhalten besser nachempfinden und so die Belastbarkeit der nächsten Generation verbessern.


Kinder sind heute weniger fit als damals

Kinder auf der ganzen Welt sind weniger fit als ihre Eltern als Kinder, ein Rückgang, der laut Forschern zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen könnte, sobald sie erwachsen sind.

Laut Daten aus 28 Ländern brauchen Kinder heute 90 Sekunden länger, um eine Meile zu laufen als Kinder vor 30 Jahren. Die aerobe Fitness von Kindern ist seit 1975 um 5 Prozent zurückgegangen.

Forscher der University of South Australia verwendeten die Laufgeschwindigkeit als einfachen Proxy für die aerobe Fitness, da sie die kardiovaskuläre Gesundheit und Ausdauer misst. Aerob fitte Erwachsene erleiden viel seltener Herzinfarkte und Schlaganfälle, und aerob fitte Kinder sind eher als Erwachsene fit.

Schüsse - Gesundheitsnachrichten

In vielen Familien wird nur nach Vereinbarung trainiert

Die Forscher analysierten 50 Studien mit 25 Millionen Kindern im Alter von 9 bis 17 Jahren in den USA, Europa, Australien, Neuseeland und Asien.

Die Geschwindigkeit von Kindern begann in den 1970er Jahren zu sinken, und Kinder wurden seitdem immer schneckenähnlicher.

Der einzige Lichtblick in den düsteren Daten ist, dass der Rückgang der Fitness ab den 2000er Jahren zumindest in Europa, Australien, Neuseeland und vielleicht den USA weniger ausgeprägt zu sein scheint. Das einzige Land, das keinen großen Rückgang verzeichnet hat, ist Japan, wo die aerobe Fitness von Kindern niedriger begann, aber nicht viel nachgelassen hat.

Kinder auf der ganzen Welt teilen die gleichen Gründe, warum sie langsamer sind, sagen die Forscher.

Laut Grant Tomkinson, einem Sportphysiologen, der die Studie leitete, erklärt ein erhöhtes Gewicht 30 bis 70 Prozent der Abnahme der aeroben Fitness von Kindern. Er berichtete die Ergebnisse am Dienstag auf dem wissenschaftlichen Treffen der American Heart Association in Dallas.

Schüsse - Gesundheitsnachrichten

Sinkende Fettleibigkeitsraten bei Vorschulkindern markieren einen gesunden Trend

Ein höherer Body-Mass-Index "könnte zu der kürzlich beobachteten Abnahme der Laufleistung von Mädchen im späten Teenageralter beitragen", schrieben japanische Wissenschaftler 1998 in einer der verwendeten Studien.

Weniger körperliche Aktivität, sowohl im organisierten Sport als auch beim Spielen, macht einen Großteil des Rests aus, sagen sie. Die US-Gesundheitsbehörden sagen, dass Kinder täglich 60 Minuten aktiv spielen sollten, aber nur ein Drittel bekommt das.

Kinder gehen viel seltener zu Fuß, mit dem Fahrrad oder Skates zur Schule als in den 1970er Jahren, zumindest in den USA, Kanada, Australien und Großbritannien. Die Nachbarschaften sind vor allem in Asien zunehmend vorstädtisch, und die Menschen fahren mehr.

Und von den 1970er Jahren bis heute ist die Zahl der weltweiten Haushalte mit Fernsehern, Videorekordern, Computern, Internetzugang und Videospielen sprunghaft angestiegen.

Auch hierin liegt eine Lektion für Eltern und nicht nur, dass sie die Kinder von der Couch schubsen müssen. Die aerobe Fitness von Erwachsenen ist fast genauso schnell gesunken wie die von Kindern, fanden die Forscher heraus.

Und für Erwachsene ist Aerobic-Fitness wahrscheinlich der beste Weg, um das Risiko von Herzerkrankungen und Schlaganfällen zu reduzieren.


Wie man eine bereicherte Umgebung für die Gehirnentwicklung schafft

Da wir nun wissen, wie wichtig die Umgebung für die frühe Gehirnentwicklung Ihres Kindes ist, können wir darüber diskutieren, wie eine optimale Gehirnentwicklung durch die Umgebung gefördert werden kann. Hier sind ein paar Dinge, die Sie tun können, um eine gute Entwicklung des Gehirns Ihres Kleinen zu fördern.

Soziale Interaktion

Menschen sind soziale Wesen, daher ist es nicht verwunderlich, dass soziales Verhalten einen tiefgreifenden Einfluss auf unser Gehirn hat und für die kindliche Entwicklung wichtig ist. Soziale Aktivitäten, bei denen ein Kind von seinen Eltern oder anderen Kindern aktiv beteiligt wird, fördern eine gesunde Gehirnentwicklung und soziale Fähigkeiten und sind eine der effektivsten Möglichkeiten, Ihr Kind zu lernen. Das direkte Gespräch mit Ihrem Kleinen fördert nicht nur das Wachstum im Sprachzentrum seines Gehirns, sondern hilft ihm auch, ein besserer Lerner zu werden, indem er Verbindungen in seinem Gehirn aufbaut und stärkt.

Vorkindergartenprogramme

Ob Kinder in ein Vorkindergartenprogramm (auch bekannt als Pre-K oder manchmal sogar PK) aufgenommen werden oder nicht, ist für viele Eltern eine schwierige Entscheidung. Obwohl es eine sehr persönliche Entscheidung ist und es viele Faktoren gibt, die in die Entscheidung einfließen, zeigt eine vom Urban Child Institute zusammengestellte Studie, dass Kinder, die in Vorschulklassen eingeschrieben sind, verbesserte kognitive Fähigkeiten, ein geringeres Risiko für Entwicklungsverzögerungen und eine verbesserte Kindergartenreife haben.

Obwohl die Beziehung des Gehirns zur Nahrung komplex ist, ist es klar, dass die richtige Ernährung in der frühen Kindheit ein wichtiger Teil der richtigen Gehirnentwicklung ist. Unser Gehirn benötigt immense Mengen an Energie und Nährstoffen, um sich richtig zu entwickeln und zu funktionieren, und das ist zu keiner Zeit wichtiger als in der rasanten Entwicklungsphase der frühen Kindheit. Eine abwechslungsreiche, gesunde Ernährung mit Eisen, Proteinen, Vitaminen und Mineralstoffen trägt dazu bei, das Gehirn Ihres Kindes nachhaltig zu beeinflussen.

Die richtige Ernährung in der frühen Kindheit ist ein wichtiger Bestandteil der richtigen Entwicklung des Gehirns.

Wenn Ihr Neugeborenes gestillt wird, sollten Sie ein Vitamin-D-Präparat einnehmen, um einen Vitamin-D-Mangel zu vermeiden. Dies liegt daran, dass die Muttermilch keine ausreichenden Konzentrationen dieses Vitamins enthält und Babys in der Regel in ihrem frühen Leben unter Sonnenmangel leiden. Versuchen Sie, während des Stillens die richtige Ernährung beizubehalten. Eine leicht unzureichende Ernährung wird Sie wahrscheinlich mehr beeinträchtigen als Ihr Baby, Ihr Körper legt Wert auf den Nährstoffgehalt Ihrer Milch. Einige großartige Lebensmittel für Ihr Kleinkind, um es mit Baby-Gehirnbausteinen zu versorgen, sind Eier (für Protein), Blattgemüse (für Vitamine) und Fisch (für Omega-3-Fettsäuren).

Physische Aktivität

Die Gesundheit des Gehirns ist an die Gesundheit des restlichen Körpers gebunden und umgekehrt. Studien deuten darauf hin, dass Bewegung in der frühen Kindheit die kognitive Funktion verbessern und sogar zu einem größeren Hippocampus beitragen kann. Sie können mit Ihrem Baby schon in jungen Jahren mit Aktivitäten wie der Bauchzeit trainieren, die ihm auch helfen, Muskelkraft in seinen Bauch- und Nackenmuskeln zu entwickeln und die Kopfkontrolle zu verbessern. Sie können Kinder zu einem aktiveren Lebensstil ermutigen, indem Sie sie an Sport und anderen Spielaktivitäten beteiligen, die ihnen Spaß machen. Lustige Sommeraktivitäten und lustige Outdoor-Aktivitäten sind großartige Ausgangspunkte.

Neuartige Erfahrungen

Eine kreative Umgebung, in der Kinder einer Vielzahl neuer Ideen, Objekte und Erfahrungen ausgesetzt sind, hilft ihnen, gesunde, neugierige Babygehirne zu entwickeln. In Tierstudien war der Effekt einer erfahrungsreicheren Umgebung am deutlichsten, wenn die Probanden früher im Leben exponiert waren. Altersgerechte interaktive Erlebnisse sind am effektivsten und bereichernd.

Toxischen Stress vermeiden und positive Beziehungen aufbauen

Toxischer Stress löst bei einem Kind ständig die Stressreaktion aus. Stress ist ein natürlicher Bestandteil unserer Biologie, der es uns ermöglicht, schnell auf potenzielle Gefahren zu reagieren, aber wenn die Stressreaktion ständig aktiviert wird, beginnt sie, Geist und Körper zu schädigen. Toxischer Stress im frühen Leben wird durch Dinge wie Familienarmut, Gewaltaussetzung und Vernachlässigung ausgelöst und kann wirklich giftig werden, wenn das Kind keinen Rückgriff und keine starken, beruhigenden familiären Bindungen hat.


Fakten zur körperlichen Aktivität

Regelmäßige körperliche Aktivität kann Kindern und Jugendlichen helfen, die kardiorespiratorische Fitness zu verbessern, starke Knochen und Muskeln aufzubauen, das Gewicht zu kontrollieren, Symptome von Angstzuständen und Depressionen zu reduzieren und das Risiko der Entwicklung von Gesundheitszuständen wie: 1

  • Herzkrankheit.
  • Krebs.
  • Typ 2 Diabetes.
  • Bluthochdruck.
  • Osteoporose.
  • Fettleibigkeit.
  • Führt zu einem Energieungleichgewicht (z. B. verbrauchen weniger Energie durch körperliche Aktivität als durch die Ernährung aufgenommen wird) und kann das Risiko erhöhen, übergewichtig oder fettleibig zu werden. 14
  • Erhöhen Sie das Risiko von Faktoren für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich Hyperlipidämie (z. B. hohe Cholesterin- und Triglyceridspiegel), Bluthochdruck, Fettleibigkeit sowie Insulinresistenz und Glukoseintoleranz. 1,5,6
  • Erhöhen Sie das Risiko, an Typ-2-Diabetes zu erkranken. 1,7
  • Erhöhen Sie das Risiko, an Brust-, Dickdarm-, Endometrium- und Lungenkrebs zu erkranken. 1
  • Dies führt zu einer geringen Knochendichte, die wiederum zu Osteoporose führt. 1
  • Weniger als ein Viertel (24 %) der Kinder im Alter von 6 bis 17 Jahren nehmen täglich 60 Minuten an körperlicher Aktivität teil. 8
  • Im Jahr 2017 nahmen nur 26,1 % der Gymnasiasten an allen 7 Tagen der Vorwoche mindestens 60 Minuten pro Tag körperliche Aktivität wahr. 9
  • Im Jahr 2017 nahmen 51,1 % der Gymnasiasten an 3 oder mehr Tagen in der Vorwoche an muskelkräftigenden Übungen (z. B. Liegestütze, Sit-ups, Gewichtheben) teil. 9
  • Im Jahr 2017 besuchten 51,7% der Gymnasiasten in einer durchschnittlichen Woche Sportunterricht, und nur 29,9% der Gymnasiasten besuchten täglich Sportunterricht. 9
    • Aerob: Die meisten der 60 Minuten oder mehr pro Tag sollten entweder aerobe körperliche Aktivität mittlerer oder intensiver Intensität sein und an mindestens 3 Tagen pro Woche intensive körperliche Aktivität umfassen.
    • Muskelstärkend: Im Rahmen ihrer 60 Minuten oder mehr täglichen körperlichen Aktivität sollten Kinder und Jugendliche an mindestens 3 Tagen in der Woche muskelstärkende körperliche Aktivität einplanen.
    • Knochenstärkung: Im Rahmen ihrer 60 Minuten oder mehr täglichen körperlichen Aktivität sollten Kinder und Jugendliche an mindestens 3 Tagen pro Woche knochenstärkende körperliche Aktivität einbeziehen.

    Diese Leitlinien legen fest, dass Kindern und Jugendlichen Möglichkeiten und Ermutigung zu altersgerechten, angenehmen und abwechslungsreichen körperlichen Aktivitäten geboten werden. 3

    Die nationale Empfehlung für Schulen besteht darin, einen umfassenden Ansatz für den Sportunterricht und die körperliche Aktivität in Schulen zu entwickeln. 10&ndash12 Dieser Ansatz wird als umfassende Schulprogramme für körperliche Aktivität bezeichnet. 13


    Liberale neigen dazu, häufiger den wandernden Blicken anderer zu folgen, während konservative Augen sich mehr auf das ursprüngliche Thema konzentrieren, das sie betrachten.

    2010 testeten Forscher der University of Nebraska, ob Konservative und Liberale die Welt physisch unterschiedlich sehen. Sie fanden heraus, dass sich die beiden Gruppen unterscheiden, wenn es darum geht, den Blick anderer Menschen zu entsprechen.

    Die Wissenschaftler haben dies gemessen, indem sie einzelne Studienteilnehmer einen bestimmten Punkt auf einem Computerbildschirm beobachteten und darauf warteten, dass ein Ball im Bild auftauchte. Dann fügten sie dem Bildschirm ein ablenkendes menschliches Gesicht hinzu, bevor der Ball auftauchte. Die Augen des Gesichts würden sich umschauen. Die Wissenschaftler beobachteten ihre Teilnehmer, um zu sehen, ob sie dem wandernden Blick folgten.

    Die Forscher fanden heraus, dass die liberalen Teilnehmer dazu neigten, den Blickrichtungen auf dem Bildschirm zu folgen. Die Konservativen hingegen ließen sich von ihren pixeligen Altersgenossen nicht so sehr beeindrucken und warteten weiter auf den Ball.

    Dieser Befund überraschte die Studienautoren.

    „Wir haben nicht erwartet, dass Konservative gegen diese Hinweise völlig immun sind“, sagte Hauptautor Michael Dodd bei der Veröffentlichung der Studie.


    Die terrestrische Fortbewegung auf den Beinen ist energetisch teuer. Im Vergleich zum Radfahren oder zur Fortbewegung beim Schwimmen oder Fliegen von Tieren sind Gehen und Laufen sehr unwirtschaftlich. Gangarten mit Beinen, die die mechanische Arbeit minimieren, wurden bereits identifiziert und entsprechen weitgehend dem Gehen und Laufen mit angemessener Geschwindigkeit. Darüber hinaus sind die Ansätze der „Kosten der Muskelkraft“ wirksam, um die Bewegungskinetik mit den metabolischen Kosten in Beziehung zu setzen. Es gibt jedoch nur wenige Erklärungen dafür, warum Tiere entweder von arbeitsminimierenden oder muskelkraftminimierenden Strategien abweichen. Auch gibt es keine aktuelle mechanistische Erklärung für die Skalierung der Bewegungskinetik mit der Tiergröße und -geschwindigkeit. Hier berichten wir über Messungen der Bodenreaktionskräfte bei gehenden Kindern und erwachsenen Menschen und deren Standdauer beim Laufen. Wir stellen fest, dass viele Aspekte der Gangkinetik und -kinematik mit Geschwindigkeit und Größe in einer Weise skalieren, die mit der Minimierung der Muskelaktivierung vereinbar ist, die für die anspruchsvolleren zwischen mechanischer Arbeit und Kraft erforderlich ist: Die Verteilung der Dauer der Muskelaktion reduziert den Aktivierungsbedarf an Kraft, bei der Kosten für höhere Arbeitsanforderungen. Mechanische Arbeit ist für größere Zweibeiner – erwachsene Menschen – relativ anspruchsvoller, da ihre symmetrischen M-förmigen vertikalen Kraftspuren beim Gehen und die relativ kurzen Standzeiten beim Laufen im Vergleich zu kleineren Zweibeinern – Kindern – relativ kurz sind. Die Gangarten kleiner Kinder und die stärkere Abweichung ihrer Mechanik von arbeitsminimierenden Strategien können ihrem Umfang angemessen und nicht nur als unreife, unvollständig entwickelte und energetisch suboptimale Versionen erwachsener Gangarten verstanden werden.

    Die Vorteile einer sparsamen Gangart liegen auf der Hand. Theoretische Beingangarten, die die mechanische Arbeit minimieren, erfordern jedoch unendlich kurze Zeiträume mit unendlich hoher Kraft und Kraft. Beispiel Laufen: Alles andere als die kürzeste, steifste Haltung mit rein vertikaler Kraft führt zu Beschleunigungen nach vorne und nach hinten und zu einem höheren mechanischen Aufwand, um den Körper wieder nach vorne zu beschleunigen. Gangarten, die sich den Idealen der steifen Gliedmaßen der Arbeitsminimierung nähern, können metabolisch unwirtschaftlich sein, da die Muskelaktivierung mit physiologischen Kosten verbunden ist und die Muskeln aktiviert werden müssen, um mechanische Kraft bereitzustellen. Am anderen Ende der Skala reduzieren nachgiebige Gänge den Kraftbedarf, erfordern jedoch ein hohes Maß an Beinbeugung, was zu einem großen Bedarf an mechanischer Arbeit führt. Die Wirtschaftlichkeit kann durch Gangarten und Körperhaltungen optimiert werden, die die Muskelaktivierungsanforderungen von mechanischer Kraft gegenüber Arbeit ausgleichen. Kürzlich wurde vorgeschlagen (Usherwood, 2013), dass die kontrastierende Skalierung von mechanischer Arbeit und Kraft für die nachgiebigeren Haltungen und die relativ gebeugte Körperhaltung – und im Allgemeinen eine größere Abweichung von arbeitsminimierenden Gangarten – kleinerer Tiere verantwortlich sein kann. Dieses Konzept wird hier weiterentwickelt, um quantitative Vorhersagen von Gangparametern zu ermöglichen, und auf die Skalierung von Gehen und Laufen mit Größe und Geschwindigkeit beim Menschen angewendet.

    Ziel dieser Arbeit ist es, einfache, aber grundlegende Ergänzungen zu arbeitsminimierenden Gangarten zu identifizieren, um zusätzliche Aspekte ausgewählter Gangstrategien zu berücksichtigen und aufzuzeigen, wann die Arbeitsminimierung nicht mehr im Vordergrund steht. Wir vergleichen unsere Modellvorhersagen mit gemessenen vertikalen Kräften und Standzeiten bei gehenden und laufenden Menschen bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Größen. Wir nehmen eine alternative Annahme zu der in der Literatur allgemein gefundenen Annahme (Ivanenko et al., 2004, 2007): Abweichung vom skalierten Erwachsenengehen (insbesondere in Bezug auf die Mechanik des 'umgekehrten' Pendels) wird nicht als Hinweis auf einen Mangel an Kompetenz angesehen, sondern wir gehen davon aus, dass es in einem aus ökonomischer Sicht verständlichen Sinn für die beobachtete Größe und Geschwindigkeit adaptiv ist. Unsere Messungen verwechseln das Alter mit der Größe (und auch das Entwicklungsstadium muss nicht konsistent mit dem Alter in Zusammenhang stehen), so dass die unterschiedlichen Einflüsse von Größe und Entwicklung nicht aufgeklärt werden können. Stattdessen überlegen wir, ob die Merkmale des unreifen menschlichen Gangs aus einfachen energetischen Aspekten im Zusammenhang mit der Skala verstanden werden könnten. Insbesondere untersuchen wir, ob die Skalierung für die größere Abweichung der Kinder von arbeitsminimierenden Geh- und Laufidealisierungen verantwortlich ist, einschließlich proportional größerer Standzeiten und verzerrter vertikaler Bodenreaktionskraftspuren.

    Die vom Menschen gewählten Gangarten variieren sowohl mit der Geschwindigkeit als auch mit dem Alter oder der Größe. Einfache arbeitsminimierende Modelle des Gehens und Laufens haben erhebliche Einblicke in die grundlegende Bewegungsmechanik von Erwachsenen gegeben (Rashevsky, 1948 Alexander, 1980 Kuo, 2002 Ruina et al., 2005 Srinivasan und Ruina, 2006). Beim Gehen stimmen die charakteristischen „M-förmigen“ vertikalen Kräfte, denen jedes Bein ausgesetzt ist, weitgehend mit der (wenn auch sehr viel weniger extremen) der arbeitsminimierenden, impulsiven Idealisierung des „umgekehrten Pendels“ (Abb. 1A) überein: Crash' am Anfang der Standposition ein 'Shove' am Ende der Standposition (obwohl weder Crash noch Shove tatsächlich von unendlicher Kraft sind) und es gibt eine gute quantitative Übereinstimmung zwischen den beobachteten Midstance-Kräften (der Einbruch in der Mitte des 'M' ) und diejenigen, die als Ergebnis der Zentripetalbeschleunigung einer bogenförmigen, passiv gewölbten, steifen Extremität vorhergesagt werden (Alexander, 1984 Usherwood et al., 2012). Bei höheren Geschwindigkeiten minimiert impulsives Laufen die Arbeit (Rashevsky, 1948, Srinivasan und Ruina, 2006), mit ballistischen Flugperioden zwischen jeder unendlich kurzen Haltung (Abb. 2A), die die Geschwindigkeit für die nächste ballistische Periode ausreichend von unten nach oben umlenkt, Zeit, damit jedes Bein nach hinten geschwungen werden kann, um für eine andere Haltung bereit zu sein.

    Koeffizienten für Sinuswellenmodelle der Vertikalkräfte beim Gehen

    Vertikale Kraft während „aktiver“ Crash- und Schubphasen des Gehens

    Mittlere vertikale Kraft, die auf ein Bein wirkt

    Vertikale Kraft, die von einem Modell vorhergesagt wurde, das eine Reihe von Alexanders Erkenntnissen kombiniert

    Vertikale Kraft während der passiven Sprungphase des Gehstandes

    Betrag der Erdbeschleunigung (9,81 ms −2 )

    Dimensionslose Beinsteifigkeit

    Federbelastetes umgekehrtes Pendel

    Dimensionslose Standzeit

    Geh- oder Laufgeschwindigkeit

    Modellentwicklung für das Gehen. Die Haltung wird als symmetrisches, steifgliedriges umgekehrtes Pendel modelliert, mit ausreichenden Perioden und Größenordnungen von vertikalen (roten) „Crash“- und „Schiebe“-Kräften, um das Gewicht zu unterstützen, und horizontalen (blau), um keine Nettobeschleunigung in Längsrichtung zu bewirken. Der arbeitsminimierende Gang (A) erfordert unendliche Kräfte und Kräfte zu kurze Muskelaktivität (B) erfordert übermäßige Kraft 0,1 s (C) gleicht Arbeit und Kraftbedarf aus und minimiert die Muskelaktivierung zu lange Zeit (D) erfordert übermäßige Arbeit.

    Modellentwicklung für das Gehen. Die Haltung wird als symmetrisches, steifgliedriges umgekehrtes Pendel modelliert, mit ausreichenden Perioden und Größenordnungen von vertikalen (roten) „Crash“- und „Schiebe“-Kräften, um das Gewicht zu unterstützen, und horizontalen (blau), um keine Nettobeschleunigung in Längsrichtung zu bewirken. Der arbeitsminimierende Gang (A) erfordert unendliche Kräfte und Kräfte zu kurze Muskelaktivität (B) erfordert übermäßige Kraft 0,1 s (C) gleicht Arbeit und Kraftbedarf aus und minimiert die Muskelaktivierung zu lange Zeit (D) erfordert übermäßige Arbeit.

    Modellentwicklung zum Laufen. Die Haltungen werden für das Laufen mit einer Reihe von Geschwindigkeiten und Haltungsperioden modelliert, wobei das Bein als lineare Feder behandelt wird (obwohl angenommen wird, dass ein konstanter Anteil der geforderten positiven Arbeit auf die Muskelaktion zurückzuführen ist). Impulsive stances (A: infinitely stiff, brief stance periods) minimise positive work but demand infinite power finite but too-brief, too-stiff stances (B) demand excessive muscle activation to provide the power intermediate stiffness (C) minimises muscle activation (resulting, at moderate speeds, in 0.1 s push-off, or a 0.2 s stance, matching work and power demands) too-compliant stances (D) result in excessive muscle activation to provide the positive work.

    Model development for running. Stances are modelled for running at a range of speeds and stance periods treating the leg as a linear spring (though it is assumed that some constant proportion of the positive work demanded is due to muscle action). Impulsive stances (A: infinitely stiff, brief stance periods) minimise positive work but demand infinite power finite but too-brief, too-stiff stances (B) demand excessive muscle activation to provide the power intermediate stiffness (C) minimises muscle activation (resulting, at moderate speeds, in 0.1 s push-off, or a 0.2 s stance, matching work and power demands) too-compliant stances (D) result in excessive muscle activation to provide the positive work.

    Observed walking ground reaction forces in adult humans, while taking a form that can be broadly understood from the work-minimising impulsive inverted pendulum (Fig. 1A), clearly do not possess infinite ‘crash’ and ‘shove’ forces. Work-minimising models (without arbitrary force constraints Srinivasan, 2010) give no account of the finite forces observed or of the increase in peak forces with increasing speed (e.g. Nilsson and Thorstensson, 1989). Furthermore, the work-minimising inverted pendulum has a symmetrical force trace about midstance no account is made of the highly asymmetric ground reaction forces observed in small bipeds, especially children (Takegami, 1992 Diop et al., 2004 Hallemans et al., 2006 Samson et al., 2011).

    Similarly, the work-minimising ‘impulsive running’ gait predicts unrealistic, infinite (though brief) vertical forces, and zero fore-aft forces. No account is given for the finite stance periods resulting in the observed finite vertical forces, and energetically relevant horizontal forces nor how these should scale with size or speed. If work minimisation was the goal, but limb force was limited to some value, then this maximum achievable force – resulting in as near to impulsive running as possible within the limb force constraint – would be optimal at all speeds. Instead, limb forces (measured as ground reaction forces) are observed to increase with speed (e.g. Weyand et al., 2000). Despite the success of theoretical work-minimisation strategies in accounting for gross features of walking and running mechanics, including the transition between walking and running with speed, there appears to be a poor relationship between mechanical work and metabolic cost in steady, level vertebrate locomotion (see Pontzer, 2007 for a survey).

    The basis of the current approach is that: (1) a cost of muscle activation dominates metabolic costs, (2) muscle has a finite work-generating capacity per contraction, (3) muscle has a finite power generating capacity during a contraction, such that (4) the extent of costly muscle activation can be attributed fundamentally to the whichever is more demanding between mechanical work and power during a contraction.

    There is good empirical evidence that activated muscle volume relates closely to metabolic cost for level legged locomotion, and that metabolic cost minimisation is effective in accounting for a broad range of gait features (see Bertram and Ruina, 2001 Donelan et al., 2001). ‘Cost of force’ models have been applied to a range of animals at a range of speeds, and are highly effective at relating metabolic costs to the costs of activating muscle to impose (or oppose) forces (Taylor, 1985 Kram and Taylor, 1990 Roberts et al., 1998 Doke and Kuo, 2007 Pontzer et al., 2009). Furthermore, there is a good mechanistic account for why muscle activation might be metabolically energetic: there are considerable, measurable costs associated with simply pumping ions in and out of muscle in order to start and stop a contraction (Barclay, 2012).

    The proposed model differs in that it provides an account for why muscle should be activated – what the fundamental mechanical demands are that can only be met by muscle and not some other tissue – not merely noting that its activation is metabolically costly and that activation is related to force. Previous cost-of-limb-force approaches have not provided an account for why limb forces are not reduced by extending the duration of contact, resulting in locomotion with highly compliant legs. Presumably there are work-based costs associated with longer stances, larger stance angles and greater fore–aft accelerations. Conversely, minimisation of cost of muscle force (or force rate – see Rebula and Kuo, 2015) would predict alignment of forces through joint centres, thereby making joint torques and muscle force requirements negligible [consider human standing posture or midstance posture in normal walking (Alexander, 1991 Biewener et al., 2004)]. While muscle activation due to isometric forces would indeed incur an energetic cost, simple anatomical or postural strategies – such as the heel–sole–toe walking stance in humans (Usherwood et al., 2012) – might be expected to arise for habitual, metabolically costly gaits. Postural adjustments to avoid the excess (costly) force-loading of muscles may, on occasion, be limited – accounting for the metabolic demand of holding a load on an outstretched arm, or the high metabolic cost of bipedally walking chimpanzees (Pontzer et al., 2009). However, in habitual locomotion, including walking and running in humans, posture appears to be adjustable to allow reasonably unconstrained control of mechanical advantages, changing the proportion of ground reaction forces experienced by the muscles (Biewener et al., 2004).

    So, the fundamental question then becomes: why are the muscles exposed to forces during locomotion? Why are not all animal legs completely upright, with forces directed through joint centres, demanding negligible loading of the costly muscles? Here, we make the assumption that the cost of muscle activation is dominating – that the cost of performing the work per se during steady level locomotion can be neglected. However, the mechanical demands requiring muscle activation – the fundamental demand for muscles to experience loads – are assumed to be the work to be performed, and the power during, a contraction. An important departure from many previous approaches is that no ‘cost of muscle force’ is included in its own right: muscle forces are, of course, required, but we assume that only those forces that are required for the work and power demands are applied to the muscle for habitual, steady level locomotion, we assume that anatomy and posture can be adapted to avoid any costly but non-work or power producing muscle loading.

    Premise, assumptions and model outline

    We propose that the fundamental requirements for muscle loading, activation and therefore cost are: (1) mechanical work and (2) mechanical power during the contraction. The activated muscle volume for these mechanical demands are assumed to be the dominating cost for level legged locomotion, and we make and test predictions concerning features of human gaits based on the minimisation of this cost alone. Importantly, work (the positive work of the centre of mass) and power (defined here as a ‘push-off’ power, taken as the positive work over the entire duration of positive power) requirements scale with speed and size (Alexander and Jayes, 1983), and this approach can be used to make qualitative (Usherwood, 2013) and quantitative (developed here) predictions of aspects of kinetics and kinematics. We make the assumption throughout that the capacity for a given volume or mass of muscle to produce positive work and power is limited, and the ratio is: This would equate to a muscle with Vmax=10 lengths s −1 operating at high power and efficiency (0.3Vmax Woledge et al., 1984) over a reasonable strain (30%), or 500 W kg −1 mean during contraction, and 50 J kg −1 . While our initial 0.1 s estimate is based on a fairly extreme work and power contraction, less extreme contractions (for instance, 10 J kg −1 at 100 W kg −1 , or 0.3 L s −1 at 3% strain) can also result in 0.1 s and leave further analysis unchanged. We should be explicit that the round value of 0.1 s is adopted here, not only because it is physiologically reasonable, but also because it provides a good fit with the kinetic and kinematic measurements without further tuning: it could be viewed as a physiologically inspired fudge-factor. We assume that this value is independent of size – this may be reasonable within a species, but is likely to be less true across species smaller species, with higher step frequencies, may well ‘invest’ in ‘faster’ muscles, presumably at some metabolic cost (Seow and Ford, 1991). Note that this property of muscle, which we take to be fundamental to issues of balancing the costs of power and work, and predictions based on this parameter, require deviation from strict dynamic similarity, as it is dimensional (time).

    While inverse and forward dynamic modelling of walking and running has provided great insight into the details of the costs associated with human gaits, they are currently constrained to considering a limited set (usually those observed) of musculoskeletal geometries. Our approach for making quantitative predictions from the simple cost function – the cost of activating a volume of muscle for whichever is more demanding between work and power – is to survey a family of gaits resulting from extensions to the point-mass work-minimising gaits (impulsive inverted-pendulum walking, Fig. 1A, and impulsive running, Fig. 2A). With this approach, we assume that an understanding of only these basic muscle properties can be informative – that geometries (‘lever arms’, ‘mechanical advantages’, ‘gear ratios’ etc.) are left as an unconsidered ‘black box’, but have been optimised through evolution of form and posture with the result of leaving the muscles exposed to such stresses, strains and strain rates as best fulfil the muscle work and power demands treated here as fundamental.

    Non-impulsive walking

    We model non-impulsive walking gaits numerically as a stiff-limbed, passive (zero power) vault, and time-symmetrical periods of constant-force ‘crash’ at the start and ‘shove’ at the end of stance, with one and only one leg supporting (i.e. a duty factor of 0.5), on average, body weight over the step (and providing no net fore–aft impulse). This provides a family of gaits close to the work-minimising ideal, but allowing finite periods – and so finite forces and powers – for negative and positive work. If these finite ‘active’ periods are too brief (Fig. 1B), the work is applied over too brief a period, resulting in excess muscle activation for power. If the active periods are too long (Fig. 1D), deviation from the work-minimising gait is sufficient to result in excess muscle activation for work. Model and empirical vertical ground reaction forces are compared for walking at a range of speeds in children and adult humans.

    Non-impulsive running

    Running gaits are modelled with spring-mass dynamics (Fig. 2) (Blickhan, 1989 McMahon and Chang, 1990 Farley et al., 1993), although the positive work is assumed to demand muscle activation. Thus, finite stance durations result in fore–aft forces, fluctuations in the fore–aft contribution to kinetic energy, and greater work requirements. Inclusion of elasticity – other than 100%, perfect elasticity, which removes any work or power demand – has no bearing on the model as it leaves the ratio of work to power unaffected. Costs for given stance parameters can be expressed in terms of required muscle volume activation (for whichever is more demanding between work and power) and is displayed normalised by the minimum for a given speed (Fig. 3). Empirical stance durations for running at a range of speeds for adults and children are presented overlying model cost contours calculated assuming constant protraction durations of 0.35 s for adults and 0.32 s for children (note the form of the contours is not highly sensitive to these values).

    Combining sine waves to report and model forces in walking

    We use additive combinations of sine waves both to report (see Materials and methods) the relationships between walking vertical forces and speed and size, and to develop a new semi-mechanistic model for predicting walking forces. Walking force traces can be represented effectively and succinctly as three Fourier coefficients (see Fig. 4E), or amplitudes of sine waves that are added (Alexander and Jayes, 1980): ein1 the amplitude of a single humped, half-sine curve through stance ein2 the amplitude of a full sine wave, with a positive value denoting a left-bias of the force-time trace ein3 the amplitude of 3/2 sine waves, summing with the first, half, sine-wave to produce the M-shaped curve.


    Why the Coronavirus Hits Kids and Adults So Differently

    COVID-19 is much less severe in children, and it could have to do with a child’s still-developing immune system.

    Only after New York City passed its current coronavirus peak did pediatricians notice a striking, new pattern: Dozens of kids who had been exposed to COVID-19 were coming in sick, but they weren’t coughing. They didn’t have severe respiratory distress. Instead, they had sky-high inflammation and some combination of fever, rashes on their hands and feet, diarrhea, vomiting, and very low blood pressure. When ICU doctors around the world gathered for a weekly online COVID-19 call on May 2, doctors elsewhere began sharing similar observations. “The tenor of the meeting completely changed,” says Steven Kernie, the chief of critical-care medicine at New York–Presbyterian Morgan Stanley Children’s Hospital, who was on the call.

    Until then, the news about children and COVID-19, the disease caused by the novel coronavirus, had been largely good: Kids can get seriously sick, but they rarely do. They can spread the disease, but they do it less than adults. Study after study—in China, Iceland, Australia, Italy, and the Netherlands—has found that children get less sick and are less contagious.

    But a very small number of children seem to have a delayed reaction to the novel coronavirus—one that takes many weeks to manifest. What pediatricians first saw in Europe and New York is now named “pediatric multi-system inflammatory syndrome” (PMIS) or, per the Centers for Disease Control and Prevention, “multisystem inflammatory syndrome in children.” Since the New York City Health Department issued an alert on May 4, 82 such cases have been confirmed in the city. Most patients have recovered or are recovering, but one child has died. Across the country, doctors are finding similar cases. PMIS does seem to be a phenomenon unique to kids.

    But the virus is the same, whether it infects adult or child. The question is, why does COVID-19 affect them so differently? Both striking patterns in kids—the fact that most do not get very sick but a small number still end up with a delayed inflammation syndrome—may be rooted in a child’s still-developing immune system. And although COVID-19 is a new disease, these patterns are seen with other viruses too.

    Immune systems change with age, becoming weaker or stronger in different ways. An adult’s body might be better armed against familiar threats, but more inflexible against novel ones. The two human viruses most closely related to the coronavirus that causes COVID-19 are the ones behind SARS and MERS—both also coronaviruses, a large family that infects many animal species. SARS likely jumped from bats to civet cats to humans in 2002, and MERS from camels to humans in 2012. Both have a much higher fatality rate than COVID-19 and neither exploded into a pandemic on the current scale, giving us smaller numbers from which to draw conclusions. Still, they too seemed to have largely spared children.

    Like COVID-19, SARS and MERS were caused by viruses entirely new to humans, and adult immune systems are unused to dealing with entirely new viruses. By and large, the ones that sicken adults year after year are altered versions of viruses they’ve encountered before, such as seasonal flu. Children, on the other hand, are constantly dealing with viruses that are not necessarily novel but are novel to them. “Everything an infant sees, or a young child sees, is new,” says Donna Farber, an immunologist at Columbia University. Thus, their immune system is primed to fight new pathogens in a number of ways.

    Babies are born, for example, with a complete repertoire of immune cells called T cells. Every T cell has a unique receptor, and taken together, the pool of millions of T cells can recognize virtually any hypothetical pathogen. As the child begins encountering pathogens, though, their immune system winnows this diverse repertoire. It keeps the T cells involved in fighting off pathogens as a pre-stocked arsenal of “memory T cells,” should those pathogens appear again, but it begins losing the others. This is why adults are able to mount a rapid immune response to previously encountered pathogens, but also why they might have trouble fighting a new one. Diseases such as rubella and chicken pox are also, for various reasons, more severe in adults than in children. The pattern with seasonal flu is different, Farber says, but that may be because immunity against previous strains of the flu offer some crossover protection in adults.

    The same may actually be true for coronaviruses, too, only in children. Another hypothesis for why most kids are spared is that they are frequently infected with the four coronaviruses that cause some common colds. These cold coronaviruses are not as closely related to COVID-19 as SARS or MERS, but they still share some similarities. Immunity against these cold coronaviruses wanes over time, so children who have been recently exposed might have some protection that adults don’t.

    Yet another hypothesis has to do with the receptor ACE2, which the new coronavirus uses to enter a cell. The number of ACE2 receptors in the lungs seems to decrease with age, at least according to data in rats. Why would having more ACE2 decrease the severity of COVID-19? No one is quite sure, but ACE2 also seems to have other functions in the body linked to decreased inflammation and scarring, which may protect against severe disease. And in fact, viral infection decreases levels of ACE2. “It’s not going to be as black-and-white as more receptors equal more virus infection, simply because this receptor does other things in the body,” says Kirsty Short, a virologist at the University of Queensland. The story is rather complicated—and illustrative of how science is only starting to understand the virus behind COVID-19.

    When the inflammatory syndrome now called PMIS first appeared in Europe and New York, its connection to COVID-19 wasn’t totally clear. Not all the kids with PMIS symptoms were testing positive for the coronavirus. But as antibody testing has become more readily available, it is showing that most of them do have antibodies to the novel coronavirus—meaning they probably had the virus at one point in mild or asymptomatic form, and fought it off. Yet their immune system had kept ramping up instead of down, and this is the likely cause of the inflammation. A body’s immune response usually peaks four to five weeks after infection, says Kernie, so it makes sense that New York is just now seeing a spate of PMIS cases, more than a month after its peak of COVID-19 cases.

    Although PMIS is new, syndromes like it are not. “Having a post-viral-infection immune reaction is not uncommon in children,” Kernie says. Common viruses such as herpes, hepatitis, and adenoviruses that cause colds can also lead to inflammation of the heart. PMIS also shares some symptoms with a mysterious inflammation of the blood vessels called Kawasaki disease. Scientists haven’t identified a particular pathogen that triggers Kawasaki, but its symptoms also include fever, rashes, and, in some cases, damage to the arteries that carry blood from the heart.

    The inflammation in these cases would be the result of low levels of lingering virus. Or it could be the consequence of an immune system that has mistakenly mobilized against the body itself. “When you mount a response to a virus, you can produce antibodies or T cells that actually recognize parts of the body,” Farber says. And this might lead the immune system to start attacking other healthy tissue in the heart or nerves or gut. It’s more common in young people, according to Farber, but not exclusive to them.

    In general, the PMIS that appears in some kids may be analogous to the immune overreaction in some adults critically ill with COVID-19-damaged lungs. It’s just happening in those kids without the lung damage first.

    A very small percentage of children—usually with underlying health conditions—can get very sick right after contracting COVID-19, but another very small percentage end up getting PMIS weeks later, despite having mild or even no symptoms initially. These scenarios look very different. A recent analysis of the first group—48 children admitted to the ICU with COVID-19—found that most had respiratory symptoms and more than a third needed a ventilator. PMIS does not primarily affect the lungs. “This is not the same,” says Jane Newburger, a pediatric cardiologist at Boston Children’s Hospital.

    And the new syndrome appears to be very rare. It’s only become noticeable in the U.S. and Europe because so many kids have been exposed to COVID-19 that even rare effects become apparent. (Few PMIS-like cases have been reported out of Asia—possibly because fewer children there have gotten COVID-19 and possibly because of a higher background rate of Kawasaki-like symptoms in that region.) Gabriela Marón Alfaro, an infectious-disease doctor at St. Jude Children’s Research Hospital who runs the Pediatric COVID-19 U.S. Registry, which tracks cases in kids, says her team is going back to review cases with symptoms suggestive of PMIS.

    At this point, Kernie says, hundreds of thousands of kids may have gotten COVID-19 in New York alone, most of them with cases too mild to have warranted testing. But when a virus infects hundreds of thousands of people, even the extremely rare complications that affect only a fraction of a percent of patients will become more obvious. “We’ve never seen so many kids with the same virus at the same time,” Kernie says.

    PMIS is serious enough to require hospitalization, but it is not usually life-threatening. Newberger says all six patients at Boston Children’s have recovered. Kernie’s hospital in New York has had more than 30 PMIS cases, and the patients have responded to standard treatment for inflammation, including steroids and immunoglobulins. “I do try to make the point,” Kernie says, “that the kids seem to do really well.”


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Bemerkungen:

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