WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

Криволапчук  Игорь Альлерович

ВОЗРАСТНАЯ ДИНАМИКА И АДАПТАЦИОННЫЕ

ИЗМЕНЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ

ДЕТЕЙ 5-14 ЛЕТ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЗАНЯТИЙ

ФИЗИЧЕСКИМИ УПРАЖНЕНИЯМИ

03.00.13 Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Учреждении образования «Гродненский

государственный университет имени Янки Купалы» и

Институте возрастной физиологии Российской академии образования

Официальные оппоненты:                Заслуженный деятель науки РФ,

                                               доктор биологических наук, профессор

                                               Волков Николай Иванович

                                               

доктор психологических наук, профессор

                                               Марютина Татьяна Михайловна

                                               

член-корреспондент РАМН,

доктор медицинских наук, профессор

                                               Сухарев Александр Григорьевич

Ведущая организация                  Государственный научный центр

Российской Федерации

Институт медико-биологических

проблем  Российской академии наук

Защита диссертации состоится «___» ­­­____________2008 г. в_____часов на заседании диссертационного совета Д 008.002.01 в Институте возрастной физиологии Российской академии образования по адресу: 119121, Москва, ул. Погодинская, д. 8, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

возрастной физиологии Российской академии образования

Автореферат разослан «­­___»______________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук                        Рублева Л.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Изменения в содержании образования, обусловленные научно-техническим прогрессом, предъявляют повышенные требования к функциональному состоянию (ФС) учащихся, оказывают огромное влияние на их психическое, физическое и социальное благополучие (С.М. Громбах, 1988; Н.В. Дубровинская и др., 2000; S. Haugland, 2003; T. Torsheim et al., 2003; М.М. Безруких, 2004, 2007; C. Wener et al., 2004; T.A. Murberg et al., 2006). Для современного обучения характерны увеличение объема информации, подлежащей усвоению, переход от традиционных способов ее передачи к использованию компьютерных средств и телекоммуникационных сетей глобального масштаба, загруженность учащихся учебными заданиями, уменьшение времени активного отдыха, повышение доли статической нагрузки и т.д. Сочетание данных факторов, особенно на фоне малоподвижного образа жизни, вызывает выраженный отрицательный эффект (А.Г. Сухарев, 1991, 2004; М.В. Антропова, 1997; Э.М. Казин и др., 2000; A. Piekarska, 2000; S. Haugland, 2003; Доклад ВОЗ…, 2005). В этих условиях снижаются эффективность и надежность деятельности (Л.Г. Дикая, 2003; А.Б. Леонова, 1984, 2004; В.А. Бодров, 2006), возрастает риск развития донозологических состояний, а при определенном стечении обстоятельств и ряда заболеваний, названных «болезнями цивилизации» (Р.М. Баевский, 1984; Ф.З. Меерсон, 1993; М.П. Захарченко и др., 1997; Б.М. Федоров, 1997; А.И. Григорьев, 1998; J.S. Greenberg, 2002; P.J. LaFreniere, 2004).

Успешность обучения зависит не только от уровня знаний, умений и навыков, но и в значительной степени от ФС детей и подростков (Д.А. Фарбер, 1988, 2007; C.A. Mangina, 1989; Н.Н. Данилова, 1998; Р.И. Мачинская, 2004; А.С. Горев, 2007; Н.Ю. Валькова, 2007).

Особую актуальность в связи с этим приобретает проблема профилактики неблагоприятных изменений ФС, обусловленных школьными факторами риска, к которым относят стрессовую тактику педагогических воздействий, чрезмерную интенсификацию учебного процесса, несоответствие методик и технологий обучения приспособительным возможностям учащихся, нерациональную организацию режима труда и отдыха, неудовлетворительное состояние внутришкольной среды (М.М. Безруких, 2004). По данным Института возрастной физиологии РАО, сегодня многие учебники, авторские методики и новые технологии разрабатываются без должного учета возрастных и функциональных возможностей детей и подростков. Комплекс школьных факторов риска негативно воздействует на развитие и здоровье учащихся. У многих детей, особенно в первые недели и месяцы обучения, возникают изменения в организме, которые позволяют говорить о «школьном стрессе», «школьном шоке», «школьной фобии», «адаптационной болезни» (Г.Н. Сердюковская, 1990; Х. Ремшмидт, 1994; A. Piekarska, 2000; S. Haugland, 2003; C. Wener et al., 2004; T.A. Murberg et al., 2006). В сфере учебной деятельности стрессовые состояния наряду с угрозой здоровью негативно влияют на эффективность обучения, снижают удовлетворенность учебой, способствуют возрастанию физиологической цены напряженной умственной работы и вызывают ряд других неблагоприятных социальных, психологических и экономических последствий (Н.Н. Дубровинская и др., 2000; А.М. Прихожан, 2000; T. Torsheim et al., 2003; М.М. Безруких, 2004).

Среди новых направлений решения данной проблемы особое значение придается рациональному использованию различных средств физического воспитания. Не случайно сегодня в документах ВОЗ меры по повышению физической активности населения Европы признаются в качестве одного из самых экономически эффективных подходов общественного здравоохранения (Доклад ВОЗ …, 2002, 2005). При этом подчеркивается, что использование оптимальной физической активности является наиболее целесообразным в ранние годы жизни как для укрепления здоровья непосредственно в детском возрасте, так и на последующих этапах онтогенеза. Считается, что физическое, психическое и социальное благополучие в детском возрасте определяет состояние здоровья на протяжении всей жизни не только нынешних, но и следующих поколений.

Проблема оптимизации ФС организма на основе использования специальных программ занятий физическими упражнениями интенсивно разрабатывается во многих развитых странах мира. Однако обзорные работы, обобщающие результаты исследований, проведенных за последние 30 лет, затрагивают лишь частные аспекты проблемы повышения стрессоустойчивости взрослого человека (D. Grews et al., 1987; S.J. Petruzzello et al., 1991; П.В. Бундзен и др., 1996; A. Georgiades et al., 2000; G.A. Kelley et al., 2000; T.W. Spalding et al., 2004; K. Forcier et al., 2006;  J. Krogh et al., 2007 и др.). В большинстве имеющихся исследований задача направленного использования средств и методов физического воспитания в целях оптимизации ФС детей и подростков при психологическом стрессе и повышения устойчивости учащихся к действию неблагоприятных психосоциальных факторов специально не рассматривается. До настоящего времени комплексные исследования в данном направлении с участием здоровых детей и подростков не проводились.

Это определяет необходимость анализа эффективности влияния систематических занятий физическими упражнениями на ФС детей и подростков при напряженной интеллектуальной деятельности.

Цель исследования.

Целью работы явилось комплексное исследование влияния занятий физическими упражнениями на функциональное состояние детей 5–14 лет при напряженной интеллектуальной деятельности.

Задачи исследования:

  1. Определить по данным многомерного статистического анализа факторную структуру ФС и информативные показатели для его оценки.
  2. Изучить возрастные и индивидуальные особенности ФС детей, проявляющиеся в условиях напряженной интеллектуальной деятельности.
  3. Выявить влияние биоэнергетических компонентов физической работоспособности на ФС детей при напряженной интеллектуальной деятельности.
  4. Разработать комплексную оценку физической работоспособности и физиологически обоснованные способы нормирования физических нагрузок в занятиях по физическому воспитанию.
  5. Оценить влияние величины, интенсивности, объема, направленности физической нагрузки и периодичности воздействия на ФС детей разного возраста.
  6. Физиологически обосновать двигательные режимы, направленные на оптимизацию ФС детей при напряженной интеллектуальной деятельности и апробировать их эффективность при экспериментальном внедрении в практику физического воспитания детских дошкольных учреждений и общеобразовательных школ.

Связь работы с крупными научными программами (проектами), темами. Исследования, составившие основное содержание настоящей работы выполнялись согласно планам НИР Гродненского государственного университета имени Янки Купалы и Института возрастной физиологии РАО в период с 1988 по 2007 год.

В диссертацию включены результаты научно-исследовательских работ по темам «Оптимизация функционального состояния учащихся 8-14 лет в условиях нервно-эмоционального напряжения средствами физической культуры» (№ госрегистрации 19961188; 1998 г.) и «Оптимизация функционального состояния детей 6-8 лет средствами физической культуры» (№ госрегистрации 19993756; 1999-2001 гг.), выполняемым по заданию Министерства образования Республики Беларусь.

Работа выполнялась в соответствии с планом важнейших НИР НАН Республики Беларусь в области естественных наук на 1996–2000 гг. по теме «Оптимизация функционального состояния школьников на основе направленного использования средств физической культуры» в рамках Государственной программы фундаментальных исследований «Гомеостаз» и с планом важнейших НИР НАН Республики Беларусь в области естественных наук на 2001-2005 гг. по теме «Психофизиологические аспекты профилактики и коррекции неблагоприятных последствий эмоционального напряжения у подростков посредством систематических занятий физическими упражнениями» (№ госрегистрации 20013453) в рамках Государственной программы фундаментальных исследований «Регуляция и патогенез».

Теоретико-экспериментальные исследования, результаты которых отражены в диссертации, поддержаны в 2004–2006 гг. грантом Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований и Российского гуманитарного научного фонда в рамках совместных исследований с Институтом возрастной физиологии РАО (договор с БРФФИ № г/б Г04Р-012 от 03 мая 2004 г.; № госрегистрации 20044283). Все эти темы выполнялись на конкурсной основе под руководством автора.

Научная новизна исследования. В работе впервые в широком возрастном диапазоне проведено систематическое исследование влияния занятий физическими упражнениями на ФС детей при выполнении напряженной интеллектуальной деятельности.

Выявлена зависимость психофизиологических изменений ФС организма учащихся от уровня активации ЦНС по показателям вегетативного тонуса и вегетативной регуляции, личностной тревожности, уровня мотивации, темпов полового созревания при напряженной информационной нагрузке.

Получены новые данные о зависимости ФС детей при напряженной интеллектуальной деятельности от уровня развития аэробных, анаэробных гликолитических и анаэробных алактатных компонентов физической работоспособности, а также их взаимодействия.

Предложены принципиально новые способы дозирования физической нагрузки, основанные на анализе зависимости «доза-эффект». Разработана модель классификации физических упражнений, включающая характеристики и критерии, определяющие оздоровительный потенциал двигательной активности. Установлено, что одноразовые нагрузки могут быть использованы для поддержания уровня ФС в диапазоне оптимальной активации, обеспечивающей высокую эффективность интеллектуальной деятельности и положительные изменения эмоционального статуса.

Впервые физиологически обоснованы двигательные режимы, ориентированные на долговременную оптимизацию ФС при напряженной интеллектуальной деятельности и выявлены возрастные особенности формирования тренировочного эффекта. Установлена неоднозначность влияния идентичных по величине, средней интенсивности, объему и периодичности занятий программ преимущественно аэробной и анаэробной направленности на ФС детей разного возраста. Определены рациональные соотношения основных характеристик нагрузки для детей 5-6, 7-8, 9-10, 13-14 лет.

Установлена зависимость эффективности использования физических нагрузок различной метаболической направленности для оптимизации ФС детей и подростков в ходе онтогенеза от соотношения количественных и качественных изменений в деятельности физиологических систем организма. В периоды переломных скачков развития наиболее эффективны комплексы физических упражнений преимущественно анаэробного характера, тогда как в периоды постепенного морфофункционального созревания организма – преимущественно аэробной направленности.

Показано, что комплексное применение физических упражнений и некоторых приемов регуляции ФС в занятиях с тревожными детьми 6–8 лет в долговременном аспекте обладает большей эффективностью, чем раздельное их использование. При избирательном воздействии наиболее выраженное влияние на ФС тревожных детей 6–8 лет в условиях напряженной информационной нагрузки оказывают физические упражнения. Применение других средств оптимизации ФС является менее эффективным.

Разработана и апробирована педагогическая технология направленного использования средств физического воспитания, обеспечивающая оптимизацию ФС детей и подростков при напряженной интеллектуальной деятельности.

Теоретическая значимость исследования заключается в создании научно обоснованной концепции оптимизации ФС учащихся при напряженной интеллектуальной деятельности средствами физического воспитания. Концепция базируется на учете объективных закономерностей развития, определяющих возрастные и индивидуальные особенности адаптации организма к различным по величине, интенсивности, объему и направленности физическим нагрузкам.

Полученные результаты значимы для решения важной научной проблемы – оптимизации неблагоприятного ФС организма человека, характеризующегося повышенным уровнем актуализации психофизиологических ресурсов. Они открывают перспективы для дальнейшего углубленного исследования влияния различных видов двигательной активности на ФС организма детей различного возраста.

Основные теоретико-методологические положения диссертационной работы могут быть положены в основу новой парадигмы физического совершенствования подрастающего поколения в современных условиях обучения, отличающихся повышенными эмоциональными и информационными нагрузками на фоне глобального снижения двигательной активности.

Научно-практическое значение работы определяется возможностью использования разработанной технологии оптимизации ФС учащихся в процессе реализации групповых и индивидуальных, урочных и внеурочных форм занятий по физическому воспитанию.

Предложенные методологические подходы предоставляют возможность с единой теоретической позиции решать практические задачи по улучшению адаптации учащихся к действию школьных факторов риска, профилактике и коррекции неблагоприятных изменений ФС в процессе обучения, повышению работоспособности и укреплению здоровья на основе использования средств физической культуры.

Разработанные и обоснованные в процессе исследования информационная проба, комплексная оценка физической работоспособности, классификации и способы нормирования физических нагрузок, программы оздоровительной тренировки, систематизация средств оптимизации ФС пригодны для широкого использования в практической деятельности специалистов в области физической культуры, психологов, социальных и медицинских работников учреждений образования.

Полученные данные могут найти применение при разработке мероприятий, направленных на повышение устойчивости учащихся к действию неблагоприятных психосоциальных факторов, управление процессами адаптации, снижение отрицательных последствий эмоционального и информационного стресса, разработку рационального режима труда и отдыха, внесение дополнений и изменений в программы физического воспитания, проведение профессиональной ориентации и отбора.

Ключевые положения диссертации положены в основу совершенствования учебного процесса факультета физической культуры ГрГУ им. Я. Купалы по специальности «Физическая культура». Разработанные теоретические положения, рекомендации и методики нашли применение при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий по курсам «Физиология спорта», «Методические основы профилактики неблагоприятных ФС», «Физиологические основы трудовой деятельности и оздоровительной физической культуры», «Оздоровительные системы физической культуры», «Физическая культура в семье», «Основы научно-методической деятельности».

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Основной направленностью изменений ФС целостного организма при реализации напряженной информационной нагрузки в период от 5-6 до 13-14 лет  является снижение физиологической цены и повышение продуктивности интеллектуальной деятельности, совершенствование ее вегетативного обеспечения. Эта возрастная тенденция преобразований ФС, проявляющаяся в улучшении адаптации детей к интенсивной умственной работе, отражает более общую закономерность увеличения надежности живой системы в процессе онтогенеза.
  2. Индивидуально дозированные физические нагрузки формируют срочные и долговременные адаптационные эффекты, обеспечивающие оптимизацию ФС детей при напряженной интеллектуальной деятельности. Основным механизмом положительного влияния физических нагрузок на функциональное состояние организма детей при напряженной интеллектуальной деятельности является направленное усиление неспецифических и специфических компонентов адаптации. Выраженность неспецифических компонентов долговременной адаптации определяется величиной нагрузки, а специфических – ее направленностью.
  3. Адаптационные изменения, обусловленные физической нагрузкой, проявляются через призму возрастных закономерностей, определяющих процессы роста и развития, и приспособительные возможности детей на каждом возрастном этапе. Эффективность воздействия физических упражнений на ФС организма ребенка в условиях напряженных информационных нагрузок зависит от их соответствия качественным и количественным преобразованиям, происходящим в физиологических системах на различных этапах развития. Комплексы физических упражнений преимущественно анаэробного характера наиболее эффективны в возрастные периоды, связанные с качественными изменениями в деятельности физиологических систем, а преимущественно аэробной направленности – в периоды постепенного морфофункционального созревания организма.
  4. Величина физической нагрузки, характеризующая суммарное влияние мышечной деятельности на организм человека, формируется за счет различных соотношений интенсивности и недельного объема упражнений, продолжительности и периодичности занятий.

Повышение эффективности физического воспитания в условиях напряженной интеллектуальной деятельности может быть достигнуто посредством использования физиологически обоснованных режимов двигательной активности, базирующихся на основе выбора адекватной величины и направленности нагрузки, рационального построения занятий, разработки соответствующих возрастным и индивидуальным особенностям детей программ оздоровительной тренировки.

Апробация результатов исследования. Основные положения, результаты и выводы диссертации доложены и опубликованы в материалах 40 научных Международных, Всесоюзных, Республиканских конференций, съездов, симпозиумов, конгрессов в период с 1989 по 2007 г., включая: Всесоюзные конференции «Проблемы нейрокибернетики» (Ростов-на-Дону, 1989), «Физиология развития» (Москва, 1990),  «Физическое воспитание и школьная гигиена» (Москва, 1991); VIII, IX, X съезды Белорусского общества физиологов (Минск, 1991, 1996, 2001); III республиканский сьезд кардиологов Беларуси совместно с Ассоциацией кардиологов СНГ (Минск, 1994); IX съезд работников профилактической медицины Республики Беларусь  (Минск 1996); Международную конференцию «Современные проблемы совершенствования системы физкультурного образования» (Кишинев, 1993); Международную конференцию «Роль физической культуры и спорта в оздоровлении молодёжи» (Смоленск, 1998);  VIII, IX Международные конференции «Организация и методика учебного процесса, физкультурно-оздоровительной и спортивной работы» (Москва, 2004, 2006); Международный конгресс «Физическая культура, спорт, туризм в новых условиях развития стран СНГ» (Минск, 1999); Международную конференцию «Dziecko w srodowisku zagrozonym ekologicznie – profilaktyka i problemy zdrowotne» (Легница, 1999); Международный конгресс «Олимпийский спорт и спорт для всех» (Минск, 2001); Международный конгресс «Modern Olympic Sport and Sport for All» (Варшава, 2002), II Международную конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности (Москва, 2003); Международный конгресс «Swiatowy kongres polonii medyczne» (Катовице, 2003); Международную конференцию «Физиология развития человека» (Москва, 2004), Международный симпозиум «Физическая культура и спорт в системе образования. Здоровьесберегающие технологии и формирование здоровья» (Гродно, 2005); Международную конференцию «Sport Kinetics 2005 - Scientific Fundaments of Human Movement and Sport Practice» (Римини, 2005); Международный конгресс «Current issues and new ideas in sport science» (Каунас, 2006); Международную конференцию «Scientific management of high performance athletes training» (Вильнюс, 2006).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объект, организация и методы исследования

Все исследования, проведенные в рамках настоящего работы, выполнены с участием детей и подростков 5–14 лет, обучающихся в детских дошкольных учреждениях и общеобразовательных школах г. Гродно и г. Москвы. Для решения поставленных задач обследовано более 1400 человек, в экспериментах приняли участие более 1000 детей: в 5-6 лет - 120; 6-7 лет - 105; 7-8 лет – 181; 9-10 лет - 112; 11-12 лет - 150; 13-14 лет – 346 человек. Испытуемые, участвовавшие в исследовании, были практически здоровы и посещали занятия по физическому воспитанию для учащихся основной медицинской группы. Работа проводилась в тесном контакте с педагогическими коллективами учреждений образования, на базе которых проходили исследования.

Методы исследования. Рассматривая ФС как системное явление, изучали его физиологические, психологические и поведенческие аспекты. 

Физиологические методики. В процессе исследования для изучения ФС центральной нервной системы (ЦНС) проводили регистрацию омега-потенциала (ОП) (В.А. Илюхина, 1986), оценку количественных (А) и качественных (Q) показателей умственной работоспособности по корректурным таблицам (М.В. Антропова, 1984), расчет параметров распределения времени простой слухо-моторной реакции (ФУС, УР, УФВ) (Т.Д. Лоскутова, 1975).

Наряду с методиками, позволяющими непосредственно исследовать ФС ЦНС, регистрировали вегетативные показатели, отражающие неспецифические изменения ФС организма: систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное давление крови; частоту сердечных сокращений (ЧСС); частоту дыхания (ЧД).

Напряженность регуляторных систем оценивали посредством математического анализа сердечного ритма (Р.М. Баевский и др., 1984). При этом определяли среднюю продолжительность R-R интервала (M), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), вариационный размах (ΔХ), среднеквадратическое отклонение R-R интервалов (σRR), индекс напряжения (ИН).

На основании этих измерений по общепринятым формулам находили и другие переменные, в том числе: среднее артериальное давление (САД), двойное произведение (ДП), вегетативный индекс Кердо (ВИК), индекс Мызникова (ИМ), показатель адаптационного потенциала Баевского (АП), показатель эффективности кровообращения (СД/ЧСС). Рассчитывали критерии «физиологической цены» напряженной интеллектуальной деятельности (Q/ЧСС, Q/ИН, Q/ДП, A/ЧСС, A/ИН, A/ДП).

Степень полового созревания оценивали по методике, предложенной J.M. Tanner, в модификации Д.В. Колесова и Н.Б. Сельверовой (1978). Стадии полового созревания определяли по выраженности вторичных половых признаков.

Для описания физической работоспособности использовали батарею функциональных и эргометрических показателей, позволяющую оценить мощность, емкость и экономичность анаэробного алактатного, анаэробного гликолитического и аэробного механизмов энергообеспечения. В ходе исследования определяли интенсивность накопления пульсового долга (ИНПД) (В.Д. Сонькин, 1990), мощность нагрузки при пульсе 170 уд/мин (PWC170) (В.Л. Карпман, 1988), максимальное потребление кислорода (МПК) по Добельну, ватт-пульс (ВтП), максимальную силу (становая динамометрия) и предельное время работы (t1, t2) при выполнении «до отказа» нагрузок большой и субмаксимальной мощности.

На основе уравнения Muller по данным выполнения работы «до отказа» определялись величины мощности нагрузок, максимальное время реализации которых составляло 1 (W1), 40 (W40), 240 (W240), 900 с (W900), коэффициенты, отражающие емкость аэробного (b) и соотношение возможностей аэробного и анаэробно-гликолитического источников (a) (Корниенко И.А. и др., 1999; В.Д. Сонькин и др., 2005). Физическая нагрузка задавалась с помощью велоэргометров КЕ-11 и «РИТМ» ВЭ-05.

Психологические методики. Для оценки ФС и изучения индивидуально-типологических особенностей детей применялся комплекс тестов, включающий опросники, субъективного шкалирования состояния и проективные методики психодиагностики.

В работе использованы: детский многофакторный опросник Р. Кеттела; опросники  школьной тревожности Р. Филлипса; шкалы личностной и реактивной тревожности Ч. Спилбергера, социально-ситуативной тревоги О. Кондаша;  детский вариант шкалы явной тревожности A. Castaneda; проективная методика оценки тревожности Р. Тэммл; тест неоконченных предложений; зрительно-аналоговая шкала тревожности Э. Хорнблоу; тест дифференцированной самооценки состояния (САН); восьмицветовой тест М. Люшера.

В качестве приемов регуляции ФС применяли: релаксационный тренинг (В.М. Астапов, 2004); функциональную музыку (О.А. Блинова, 1998); дыхательную гимнастику (А.Б. Леонова, 1993; В.Л. Марищук, 2001).

Мотивацию изучали методом шкалированной самооценки (Т.В. Дембо – С.Я. Рубинштейн).

Модели тестовых нагрузок при изучении ФС в лабораторном эксперименте. В связи с необходимостью разработки способов воспроизведения информационного стресса у детей и экспериментального обоснования методики исследования применяли несколько моделей тестовых нагрузок.

Психофизиологические изменения ФС изучали в покое и при выполнении тестирующих нагрузок. Исследование проходило в дни оптимальной работоспособности. Порядок обследования испытуемых сохранялся от одного исследования к другому. Все испытуемые были мотивированы на ответственное и безошибочное выполнение заданий (публичная рейтинговая оценка результатов, соревновательный мотив, стимулирование оценкой по учебному предмету).

На первом этапе исследования использовали экспериментальную модель, основанную на комплексном применении умственной (работа с буквенной корректурной таблицей), сенсомоторной (цепные зрительно-моторные реакции с выбором из четырех альтернатив) и физической (работа мощностью 1,5 Вт/кг в течение 3 минут) нагрузок. На втором этапе ФС изучалось в 5 ситуациях: «фон» – состояние спокойного бодрствования; «автотемп» – выполнение умственной работы с индивидуально комфортной скоростью; «максимальный темп» – выполнение умственной работы с максимальной скоростью; «максимальный темп при угрозе наказания» – выполнение умственной работы с максимальной скоростью при наличии звуковых помех и угрозы наказания; «максимальный темп в условиях повышенной мотивации» – выполнение умственной работы одновременно с равным по силе испытуемым с максимальной скоростью при наличии звуковых помех и угрозы наказания. На третьем этапе ФС изучалось в 3 ситуациях: «фон»; «автотемп»; «максимальный темп при угрозе наказания». В качестве «наказания» применялись стандартный набор порицающих замечаний и сильный звук. Оценка уровня психической напряженности в процессе моделируемой деятельности проводилась на основе учета продуктивности выполнения заданий и сдвигов физиологических показателей ФС. Длительность отдельных периодов работы и отдыха составляла 2 минуты. Непосредственно перед реализацией каждого задания вводилась инструкция для испытуемого, выполняющего тест. На третьем этапе исследования перед выполнением заданий изучались также уровень ситуативной тревожности и активность мотивации деятельности.

Анализ результатов апробации разработанных нами моделей тестовых заданий свидетельствует о том, что их выполнение сопровождается развитием состояния напряжения. Оценка ФС детей 7-8 лет при реализации умственной, сенсомоторной и физической нагрузок показала, что тестирующие процедуры вызывают повышение (p<0,05-0,001) уровня неспецифической активации ЦНС и возрастание напряженности регуляторных систем. Необходимо отметить, что выраженность физиологических сдвигов в условиях тестирующих нагрузок была связана с фоновой активированностью. При этом, будучи неспецифическими по отношению к различным нагрузкам, изменения показателей активации происходили относительно независимо друг от друга, подтверждая представление о гетерогенности модулирующей системы мозга.

Факторный анализ позволил установить, что умственная нагрузка характеризовалась наиболее высокой конкурентной валидностью в отношении воспроизведения состояния неспецифической напряженности (коэффициент информативности – r=0,87-0,95). В этой связи для дальнейшего исследования психофизиологических изменений ФС детей 5–14 лет была апробирована модель информационной пробы, включающая несколько экспериментальных режимов умственной работы. Результаты исследования указывают на то, что при выполнении всех субтестов информационной пробы происходили существенные (p<0,05-0,001) изменения ФС (рис. 1.).

Рис. 1. Значимые изменения физиологических показателей ФС в условиях информационной пробы у подростков 13-14 лет (n=44)

Примечание: ОП – омега-потенциал; ЧСС – частота сердечных сокращений; ИН – индекс напряжения; ЧД – частота дыхания; СД – систолическое артериальное давление; ДД – диастолическое артериальное давление. Значения сдвигов ОП, ИН, ЧД уменьшены на порядок.

I – «автотемп»; II – «максимальный темп»; III – «максимальный темп при наличии звуковых помех и угрозы наказания»; IV – «максимальный темп в условиях повышенной мотивации».

Это позволило рассматривать используемые модификации умственной работы как эффективные модели воспроизведения информационного стресса различной степени выраженности. Изучение сдвигов и взаимосвязей параметров ФС при выполнении информационной пробы показало, что наибольшей валидностью в отношении работы с максимальной скоростью обладает реализация умственной нагрузки при наличии звуковых помех и «угрозы наказания» (r=0,81–0,95). Учитывая эти обстоятельства, в «конечный» вариант информационной пробы были включены две ступени работы: нагрузка в режимах автотемпа и максимального темпа при наличии звуковых помех и «угрозы наказания». Проведенные исследования показали высокую информативность разработанной информационной пробы как метода изучения ФС детей при напряженной интеллектуальной деятельности.

Лабораторный эксперимент проводился в начальный период и после окончания формирующих естественных экспериментов. Схема исследования представлена на рис. 2.

Педагогические методы исследования включали педагогическое наблюдение, эксперимент, тестирование двигательной подготовленности. Гетерогенная батарея тестов состояла из 10 показателей: бег 10 метров с хода, бег 20 метров с хода, прыжок в длину с места, метание набивного мяча весом 1кг из-за головы, наклон вперёд, шестиминутный бег, бег 1000 метров, челночный бег 4х9 м, поднимание туловища из положения лёжа на спине, подтягивание из виса на перекладине (мальчики).

Методика использования физических нагрузок для оптимизации ФС. Констатирующий эксперимент был направлен на изучение физической работоспособности, разработку физиологически обоснованных способов нормирования нагрузок в занятиях по физическому воспитанию, изучение срочных эффектов влияния физических упражнений на ФС (см. рис. 2).

На 1 этапе изучали возрастные особенности физической работоспособности и подготовленности детей 5–14 лет (n=715). На 2 этапе с помощью пробы PWC находили линии регрессии и рассчитывали уравнения линейной регрессии типа y=a+bx, отражающие индивидуальные варианты зависимости «мощность-пульс». Определяли мощность нагрузки, соответствующую ЧСС 120, 125, 130……180 уд/мин. На 3 этапе исследования анализировали данные выполнения детьми 5-6 лет теста на удержание нагрузок 2 и 4 Вт/кг и 7–14 лет – 3 и 5 Вт/кг. Затем на основании уравнения Мuller для каждого испытуемого находили предельную длительность работы при ЧСС в устойчивом состоянии от 120 до 180 уд/мин. На 4 этапе разрабатывали комплексную оценку физической работоспособности, номограммы, характеризующие зависимость продолжительности циклической работы от ее физиологической интенсивности, обосновывали методику определения величины нагрузки и классификацию нагрузок оздоровительной направленности.

Рис. 2. Схема исследования ФС детей 5–14 лет

При изучении срочных эффектов влияния физических упражнений на ФС детей использовали нагрузки различной интенсивности и объема.  На 1 этапе оценивали воздействие нагрузок интенсивностью 70–80 % резерва ЧСС и продолжительностью 6-7, 12-13, 18-19 мин на ФС детей 7-8 лет (n=52).

На 2 этапе выполнялась непрерывная нагрузка равномерной интенсивности и ступенчатовозрастающая нагрузка с интервалами отдыха. В исследовании приняли участие здоровые испытуемые 5-6, 7-8, 9-10, 11-12 и 13-14 лет (n=300). Использовали нагрузки интенсивностью 50–90 % пульсового резерва, длительность которых составляла от 1 до 40 мин. Изучение ФС осуществлялось перед нагрузкой и сразу после ее окончания. На 3 этапе применялись нагрузки интенсивностью 25–30, 50–55, 75–80 % пульсового резерва общей длительностью 60 минут. В исследовании приняли участие подростки 12–14 лет (n=74), посещающие школьную секцию плавания. ФС изучали перед нагрузкой, сразу после ее окончания, через 20, 60 и 180–240 минут периода реституции.

Основной педагогический эксперимент, включающий четыре этапа, был направлен на определение эффективности 32 двигательных режимов (по 8 программ для каждого из рассматриваемых возрастных периодов) и обоснование технологии оптимизации ФС при напряженной интеллектуальной деятельности. В нем приняли участие 467 детей и подростков 5–14 лет. На 1 этапе основного эксперимента обследовали детей 7-8 лет (n=129), на 2 этапе – 9-10 лет (n=112), на 3 этапе – 13-14 лет (n=106), на 4 этапе – 5-6 лет (n=120). Для того чтобы нивелировать психофизиологические различия, обусловленные темпами полового созревания, в педагогическом эксперименте принимали участие подростки 13-14 лет только со II и III СПС. Всего были организованы 28 экспериментальных и 4 контрольные группы. Общая продолжительность основного педагогического эксперимента составила 4 года. В качестве регулируемых факторов рассматривались: преимущественная направленность; интенсивность и продолжительность тренирующей нагрузки в отдельном занятии; кратность занятий; недельный объем и недельная величина нагрузки (табл. 1).

Во всех группах обеспечивалась идентичность содержания базового компонента программ по физическому воспитанию. В структуре основной части занятия выделяли два основных блока – обучающий и тренирующий. Обучающий блок был однотипным во всех опытных группах. На решение задач этого блока отводилось 30–45 минут в неделю. В тренирующем блоке для каждой возрастной группы занимающихся выделены 4 «модуля» двигательных заданий, отнесенных ко II–V зонам мощности. На их реализацию отводилось от 36–60 до 180–240 минут в неделю. Перед началом и после окончания педагогического эксперимента проводилось изучение ФС при напряженной информационной нагрузке, физической работоспособности и подготовленности, изучались индивидуально-психологические характеристики детей. За время исследования было проведено более 5000 экспериментальных уроков и занятий по физической культуре.

Таблица 1

Уровни регулируемых параметров физической нагрузки

Факторы

Дошкольники

Школьники

«нижний»

«верхний»

«нижний»

«верхний»

Интенсивность занятия

40–50 % резерва ЧСС

70–80 % резерва ЧСС

40–50 % резерва ЧСС

70–80 % резерва ЧСС

Кратность занятий в неделю

2 раза

5 раз

3 раза

6 раз

Объем в занятии

18 мин

36 мин

20 мин

40 мин

Недельный объем нагрузки

36 мин

180 мин

60 мин

240 мин

Недельная величина

160 отн. ед.

3600 отн. ед.

180 отн. ед.

4800 отн. ед.

Направленность

аэробная

анаэробная

аэробная

анаэробная

Дополнительный педагогический эксперимент предусматривал использование физических упражнений и комплекса приемов управления психологическим стрессом в целях оптимизация ФС тревожных школьников. В исследовании приняли участие здоровые дети 6–8 лет (n=214). Из их числа выделены школьники с повышенной личностной тревожностью (n=70), которые были подразделены на 4 опытные группы. Первая экспериментальная группа использовала физические нагрузки и комплекс приемов регуляции ФС, включающий релаксационный тренинг, дыхательную гимнастику, функциональную музыку. Вторая группа применяла физические упражнения. Третья группа использовала только комплекс средств управления ФС. В контрольной группе дополнительные занятия не проводились. Длительность эксперимента составила 4 месяца. На предварительном его этапе осуществлялись обучение испытуемых релаксации и ознакомление их с методикой изучения ФС.

Методы математической статистики. Определялись основные статистические характеристики ряда измерений, проводилась проверка статистических гипотез, использовались корреляционный, факторный, дисперсионный и регрессионный анализ.

Результаты работы и их обсуждение

Факторная структура ФС и информативные показатели его оценки. В настоящем исследовании мы рассматривали ФС как системную реакцию организма, выражающуюся в виде интегрального динамического комплекса наличных характеристик тех функций и качеств индивида, которые прямо или косвенно обусловливают выполнение деятельности (В.И. Медведева, 2003). При этом учитывалось, что ФС целостного организма зависит, прежде всего, от ФС мозга, обеспечивающего адекватность реагирования человека на факторы внешней и внутренней среды (Д.А. Фарбер и др., 2000).

Для определения структуры ФС детей 5–14 лет (n=500) применялся факторный анализ – метод главных компонент – с последующим вращением референтных осей по Варимакс-критерию. Во всех возрастных группах в состав батареи тестов были включены по 76 показателей ФС.

В процессе исследования идентифицированы «генеральные» факторы, определяющие ФС: «эффективность–цена умственной работы» (вклад фактора в общую дисперсию выборки у детей рассматриваемых возрастных групп находился в диапазоне от 9 до 34 %); «вегетативная регуляция ФС» (16–20 %); «гемодинамическое обеспечение умственной работы» (8–11 %); «физическая работоспособность» (5–9 %); «неспецифическая устойчивость к простудным заболеваниям» (5–6 %) (рис. 3).


Рис. 3. Основные факторы, определяющие ФС детей и подростков 5–14 лет

Особый интерес представляют данные о том, что в структуре ФС выделен независимый фактор «эффективность–цена» умственной нагрузки, отражающий оптимальность приспособления к требованиям и условиям реализации интеллектуальной деятельности, особенности функционирования и взаимодействия включенных в нее систем, интенсивность использования физиологических ресурсов. В рассматриваемом контексте понятия «цена» и «эффективность» представляют собой контрарные по значению термины, определяющие ФС с противоположных сторон: чем выше эффективность, тем ниже цена, и наоборот. «Физиологическая цена» информационной нагрузки характеризует затраты физиологических ресурсов организма на прием, хранение и переработку информации, программирование, регуляцию и контроль интеллектуальной деятельности. Ее эффективность характеризуется объемом переработанной информации, соотнесенным с сопутствующими физиологическими затратами.

Полученные данные указывают на то, что с возрастом происходит перераспределение роли отдельных факторов в структуре ФС. Изменяется также и состав факторов, определяющих ФС в различные возрастные периоды. В 5-6, 11-12 и 13-14 лет многокомпонентным аспектом ФС оказалась вегетативная регуляция. В эти возрастные периоды выделись два относительно независимых фактора симпатической и парасимпатической регуляции. Кроме того, в 5-6 лет выявлено отсутствие фактора физической работоспособности. Большинство показателей, характеризующих физическое состояние, объединились при этом в общий фактор с параметрами умственной работоспособности. Аналогичный фактор представлен также в структуре ФС детей 7-8 и 9-10 лет наряду с физической работоспособностью. Экспериментальные данные позволяют предположить существование единого универсального механизма, определяющего результативность и интеллектуальной, и мышечной деятельности.

Одним из важнейших результатов настоящего этапа исследований являются данные о принципиальном сходстве факторной структуры ФС детей 5–14 лет. Сопоставление факторных структур ФС у детей разных возрастных групп показывает, что выделенные факторы могут рассматриваться в качестве наиболее устойчивых компонентов ФС, формирующихся в ходе индивидуального развития. При этом изменяется роль разных факторов в процессе онтогенеза, что является отражением гетерохронности (П.К. Анохин, 1975) и нелинейности (Д.А. Фарбер и др., 2000) развития различных органов и систем. Во всех рассматриваемых возрастных группах физическая работоспособность и вегетативная регуляция оказались многокомпонентными факторами. Это означает, что они, являясь целостными аспектами ФС человека, представляют собой функциональные системы, имеющие сложную внутреннюю структуру, определяющую характер взаимосвязи их отдельных элементов.

В ходе исследования выявлено существование значимых факторных коэффициентов, характеризующих взаимосвязь между отдельными показателями физической работоспособности и такими аспектами ФС, как эффективность умственной работы, ее вегетативное обеспечение, неспецифическая устойчивость к простудным заболеваниям. Это дает основание полагать, что с помощью адекватных программ занятий физическими упражнениями можно оказывать целенаправленное воздействие на ФС детей и уровень их здоровья при напряженной умственной деятельности. Полученные данные рассматриваются нами с позиций теории адаптации как проявление неспецифических перекрестных приспособительных эффектов физических упражнений, повышающих общую устойчивость организма к широкому спектру неблагоприятных воздействий.

Использование факторного анализа позволило также идентифицировать ряд факторов, характеризующих изменение структуры физической работоспособности в процессе возрастного развития. Выделены несколько общих факторов, отражающих фундаментальные характеристики работоспособности в возрастном аспекте: 1) аэробная работоспособность (мощность и емкость); 2) анаэробная гликолитическая работоспособность; 3) анаэробная алактатная работоспособность; 4) общая работоспособность. Основу внутренних связей фактора «аэробная емкость» составляют его корреляции с коэффициентами «b» и «а» уравнения Muller, временем удержания «до отказа» нагрузки 2-3 Вт/кг, W900, W240, ИНПД после нагрузки большой мощности. Фактор «аэробная мощность» во всех возрастных группах включал в свой состав абсолютные и относительные показатели PWC170, ВтП, МПК. Фактор анаэробной гликолитической работоспособности объединял переменные: W40, время удержания «до отказа» нагрузки 4-5 Вт/кг, ИНПД после субмаксимальной нагрузки, W240. С фактором анаэробной алактатной работоспособности в рамках рассматриваемого возрастного диапазона наиболее сильно коррелировали W1, показатель максимальной силы, ИНПД после беговой нагрузки максимальной мощности, результаты бега 20 м, прыжка в длину, челночного бега. В факторе общей работоспособности представлено большинство из перечисленных выше показателей со средней и слабой степенями взаимосвязи.

В структуре аэробной работоспособности во всех рассматриваемых возрастных группах, за исключением школьников 11-12 лет, четко дифференцируются факторы аэробной мощности и аэробной емкости. Примечательно, что во всех группах аэробная работоспособность оказалась самым многокомпонентным фактором. Обращает на себя внимание отсутствие у детей 7-8 и 11-12 лет независимого фактора анаэробной алактатной работоспособности. Представляют также интерес данные о том, что в 5-6 и 13-14 лет выделились 3 фактора, характеризующие аэробные возможности организма: аэробная емкость; абсолютная аэробная мощность; относительная аэробная мощность. В последнем случае это обусловлено тем, что абсолютные значения аэробной мощности повышаются в значительной степени вследствие увеличения массы тела, тогда как относительные отражают «подлинное» изменение аэробных возможностей в онтогенезе. Наиболее контрастно данное «расхождение» проявляется в периоды полуростового и пубертатного скачков роста. В период с 7 до 12 лет выделяется фактор общей физической работоспособности, определяющий способность человека к выполнению любой мышечной деятельности во всем диапазоне доступных нагрузок. Отсутствие данного фактора в структуре физического состояния детей 5-6 лет и подростков 13-14 лет свидетельствует о возрастании специфичности физической работоспособности на этапах интенсивных морфофункциональных перестроек основных физиологических функций.

Возрастные и индивидуальные особенности ФС, проявляющиеся в условиях напряженной интеллектуальной деятельности. При изучении ФС детей 5-6, 6-7, 7-8, 9-10, 11-12 и 13–14 лет (n=520) в условиях информационной нагрузки (рис. 4.) установлено, что мальчики и девочки всех возрастных групп реагировали на предъявляемую умственную работу увеличением (p<0,05-0,001) значений ОП, ЧСС, АМо, ИН, СД, ДД, САД, ДП, ВИК, ИМ и снижением (p<0,05-0,001) М, Мо, Х, RR по сравнению с фоновыми величинами этих показателей. При этом информационная нагрузка в режиме максимального темпа работы, выполняемая в условиях дефицита времени и угрозы «наказания», вызывала наиболее значительные изменения изучаемых показателей вегетативной активации (p<0,01-0,001).

При реализации тестирующего задания с максимальной скоростью количество просмотренных знаков (А) изменялось разнонаправленно, а продуктивность работы (Q) снижалась по отношению к нагрузке, выполняемой с комфортной скоростью. Физиологическая цена работы в комфортном режиме также была ниже, чем при нагрузке в максимальном темпе. Об этом свидетельствует уменьшение таких показателей как, Q/ЧСС, Q/ДП, Q/ИН, а в ряде случаев А/ЧСС, А/ДП, А/ИН. Снижение эффективности работы в ходе реализации второго задания, по-видимому, обусловлено более выраженным повышением активности модулирующей системы мозга за счёт нарастания вклада подсистемы эмоциональной активации, связанной с оборонительным поведением, по сравнению с активностью подсистемы неэмоциональной активации, обеспечивающей энергетическую составляющую деятельности [Н.Н. Данилова, 1998]. Это, в частности, подтверждается тенденцией увеличения уровня тревожности по мере перехода от состояния покоя к работе в максимальном темпе (см. рис.4).

Изучение возрастных особенностей ФС детей 5–14 лет в условиях напряженной информационной нагрузки показало, что с увеличением возраста отмечается неравномерное нарастание (p<0,05-0,001) количественных и качественных показателей умственной работоспособности при обоих режимах выполнения задания. Число просмотренных знаков при работе в режиме автотемпа в рамках изучаемого возрастного периода увеличивалось у мальчиков в 3,3, у девочек в 3,4 раза, коэффициент продуктивности возрастал в 2,5 и 2 раза соответственно. При работе в максимальном темпе количественный показатель повышался у мальчиков в 3,5 раза, у девочек в 2,9 раза, коэффициент продуктивности соответственно – в 1,4 и 1,8 раза. 

Рис. 4 - Изменения показателей ФС при напряженной интеллектуальной деятельности у мальчиков (М) и девочек (Д) 5–14 лет

Достоверность различий по сравнению с фоном: * – p< 0,05; ** – p< 0,01; ***– p< 0,001.

Установлено, что при работе в оптимальном темпе девочки в 11-12 и 13-14 лет существенно превосходили (p<0,05-0,001) мальчиков по количеству просмотренных знаков, а в 5-6, 9-10, 13-14 лет – по продуктивности умственной деятельности. При работе с максимальной скоростью девочки также характеризовались более высокими (p<0,05-0,001) количественными показателями работоспособности в 5-6 и 7-8 лет и превосходили (p<0,05-0,001) мальчиков в отношении коэффициента продуктивности в 5-6, 11-12 и 13-14 лет.

Анализ возрастных изменений вегетативного обеспечения умственной работы показал наличие статистически значимых (p<0,05-0,001) различий в отношении большинства регистрируемых показателей как состоянии спокойного бодрствования, так и непосредственно при выполнении тестирующих процедур. С возрастом значительно уменьшается (p<0,05-0,001) цена деятельности и повышается ее эффективность, особенно, во время работы в комфортном режиме (рис. 5). Установлено, что физиологическая цена информационной нагрузки, реализуемой с оптимальной скоростью у подростков 13-14 лет в 2,2-5,4 раза ниже, чем у детей 5-6 лет, а напряженной интеллектуальной деятельности, выполняемой с максимальной скоростью в условиях дефицита времени, – в 1,2-4 раза.

В исследованном возрастном диапазоне девочки характеризовались более низкой физиологической ценой деятельности (p<0,05-0,01) в 5-6, 11-12 и 13-14 лет по сравнению с мальчиками, тогда как в 7-8 лет они, наоборот, по отдельным критериям отличались (p<0,05-0,01) от мальчиков высокой ценой умственной работы.

Полученные материалы позволяют считать, что важнейшими этапами изменений ФС детей в условиях интенсивной информационной нагрузки, являются периоды 5–7 и 13-14 лет. В эти возрастные периоды отмечаются повышенное напряжение центральных регуляторных механизмов, избыточное вегетативное обеспечение умственной работы, низкая эффективность и высокая цена деятельности. Специфика ФС детей 5–7 и 13–14 лет, наблюдаемая при напряженной интеллектуальной деятельности, обусловлена, по-видимому, качественными морфофункциональными преобразованиями в основных физиологических системах, происходящими на фоне усложняющегося взаимодействия социальных и биологических факторов развития (Д.А. Фарбер, М.М. Безруких, 2001). Следует отметить, что при единой возрастной тенденции между мальчиками и девочками имеются различия, проявляющиеся как в более высоких показателях умственной работоспособности у девочек при обоих режимах работы в дошкольном и младшем школьном возрасте, так и в более раннем наступлении закономерных возрастных изменений ФС при напряженной интеллектуальной деятельности.

Рис. 5. Изменения некоторых показателей цены напряженной интеллектуальной деятельности у мальчиков (М) и девочек (Д) 5–14 лет

Достоверность различий между величинами показателей при работе с оптимальной и максимальной скоростью: * – p< 0,05; ** – p< 0,01; ***– p< 0,001.

Изучение ФС детей 5–14 лет в зависимости от мотивации деятельности показало, что у сильномотивированных испытуемых более выражены вегетативные сдвиги и выше продуктивность умственной работы по сравнению с учащимися с низким уровнем мотивации. Наиболее очевидная связь между мотивацией и изменениями ФС при напряженной интеллектуальной деятельности проявилась у подростков 13-14 лет, а наименее существенная – у детей 5-6 лет. Обнаруженные различия, по-видимому, связаны с возрастным усложнением структуры мотива и процесса мотивации.

Анализ изменений ФС подростков 13-14 лет (n=162) с разной степенью полового созревания (СПС) позволил установить, что на начальных этапах пубертатного периода у мальчиков отмечается избыточная физиологическая реактивность в условиях напряженной информационной нагрузки. Эти сведения в совокупности с данными о специфике физической работоспособности и подготовленности отражают высокую физиологическую цену адаптации и низкие функциональные возможности организма подростков, находящихся на II и III СПС, по сравнению со школьниками с IV СПС. Получены также данные, указывающие на большую выраженность у подростков 13-14 лет со II и III СПС тех личностных черт, которые в определенной степени детерминируют состояние психической напряженности. Результаты сравнительного анализа показали, что по мере перехода от II к IV СПС наметилась тенденция становления большей эмоциональной устойчивости, меньшей тревожности и фрустрированности, что свидетельствует о лучшей психосоциальной адаптированности мальчиков с IV СПС и снижении риска возникновения у них психосоматических заболеваний. Обнаруженные различия указывают на неадекватное вовлечение в ситуацию структур лимбического комплекса, происходящее на фоне характерной для начальных СПС разбалансировки отдельных звеньев регуляторной системы мозга (Физиология подростка, 1988).

В исследовании, направленном на выявление особенностей ФС школьников 6–8 лет (n=214) с высоким и низким уровнями личностной тревожности, было установлено, что для «тревожных» детей при напряженных информационных нагрузках характерны более значительное увеличение активности симпатического и ослабление влияния парасимпатического отделов ВНС, существенный рост ситуативной тревожности, высокая физиологическая цена деятельности, а также сниженная аэробная работоспособность, общая выносливость и замедленное восстановление сердечного ритма после физической нагрузки. Наличие существенных отличий по уровню активированности в состоянии покоя и вегетативному реагированию на информационную нагрузку между группами детей, дифференцируемыми по склонности к переживанию тревоги, может быть связано с возрастными и индивидуально-типологическими особенностями функционирования модулирующей системы мозга.

Функциональное состояние детей с различной физической работоспособностью при напряженной интеллектуальной деятельности. В специальной серии экспериментов сопоставлялись показатели ФС при информационной нагрузке у детей 5–14 лет (n=531) с высоким и низким уровнями физической работоспособности. В разных возрастных группах сравнивались от 90 до 140 показателей ФС.

В процессе исследования установлено, что для детей с высокой работоспособностью, проявляемой в зонах умеренной, большой и, в несколько меньшей степени, субмаксимальной мощности, характерны высокая скорость и качество умственной работы в напряженных условиях деятельности, оптимально сниженный уровень неспецифической активации в состоянии покоя, экономичное вегетативное обеспечение информационной нагрузки, низкая физиологическая цена интеллектуальной деятельности, повышенная устойчивость эмоционального состояния в стрессорных условиях. При высоком уровне работоспособности в зоне максимальной мощности выявлена противоположно направленная тенденция изменений ряда показателей ФС. Обнаруженные различия определяются особенностями энергообеспечения мышечной деятельности в различных зонах мощности.

Для изучения изменчивости показателей ФС детей 5–14 лет в зависимости от уровня развития биоэнергетических компонентов физической работоспособности был использован дисперсионный анализ трехфакторных ортогональных комплексов. Показатель силы влияния факторов на результативный признак (hх2) определяли с помощью метода Н.А. Плохинского. В качестве основных компонентов физической работоспособности рассматривали: анаэробные алактатные (фактор С); анаэробные гликолитические (фактор В) и аэробные (фактор А) способности (Н.И. Волков, 2000).

Использование трехфакторного дисперсионного анализа показало, что на ФС детей 5-14 лет при напряженной информационной нагрузке существенное влияние оказывают не только аэробные и анаэробные компоненты физической работоспособности, но и их взаимодействие (рис. 6).

В различные возрастные периоды биоэнергетические факторы работоспособности обусловливают неодинаковую изменчивость отдельных показателей ФС. Статистически значимое (p < 0,05-0,001) влияние рассматриваемых факторов в 5-6, 7-8, 9-10, 11-12 и 13-14 лет выявлено в отношении 20, 47, 53, 32 и 46 переменных, характеризующих физиологические, психологические и поведенческие  аспекты ФС, соответственно.

Оценка силы влияния факторов физической работоспособности (hх2) на результативные признаки показала, что в 5-6 лет  от 4 до 15 % общего варьирования изучаемых показателей связано биоэнергетическими возможностями организма соответственно, в 7-8 лет – от 4 до 20 %, в 9-10 лет – от 4 до 21 %, в 11-12 лет – от 4 до 21 %, в 13-14 лет – от 4 до 30 %.

Эти данные позволяют считать, что высокий уровень аэробных возможностей в сочетании с высоким уровнем анаэробной гликолитической работоспособности улучшает ФС, в то время как анаэробные алактатные возможности не всегда вызывают подобный эффект. Сила влияния биоэнергетических факторов и их соотношений существенно меняется в ходе онтогенеза.


Рис. 6. Значимое влияние анаэробного алактатного (фактор С), анаэробного гликолитического (фактор В) и аэробного (фактор А) компонентов работоспособности на ФС детей

Таким образом, изменения различных аспектов ФС детей при напряженной информационной нагрузке зависят от уровня развития и взаимовлияния аэробных и анаэробных возможностей организма. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости комплексного использования нагрузок различной метаболической направленности в целях оптимизации ФС детей в условиях напряженной деятельности.

Физиологические критерии нормирования физических нагрузок и программ оздоровительной тренировки детей 514 лет. Полученные данные свидетельствуют о том, что с возрастом происходит нелинейное и неодновременное развитие отдельных компонентов физической работоспособности, обеспечивающее повышение рабочих возможностей организма во всем диапазоне доступных нагрузок.

В исследуемых возрастных группах, за исключением возраста 5-6 лет, мальчики превосходят девочек по уровню аэробной и анаэробной производительности организма, а также физической подготовленности. На протяжении всего периода второго детства различия между мальчиками и девочками по параметрам мощности, емкости и экономичности энергетических систем нарастают постепенно, тогда как в пубертатный период они резко усиливаются на фоне общего повышения возможностей анаэробных источников энергии. В старшем дошкольном возрасте, напротив, девочки превосходят мальчиков по ряду показателей, характеризующих анаэробную алактатную и анаэробную гликолитическую производительность организма. Эти различия, по-видимому, связаны с опережающим созреванием анаэробных механизмов энергообеспечения мышечной деятельности у девочек по сравнению с мальчиками.

В процессе исследования обоснована комплексная оценка работоспособности, включающая наиболее информативные показатели аэробной и анаэробной производительности организма, характеризующие ее факторную структуру (табл. 2).

Таблица 2

Комплексная оценка физической работоспособности детей 5-6 лет

Показатели

Уровень физической работоспособности (УФР)

низкий

ниже среднего

средний

выше среднего

высокий

I

II

III

IV

V

МПК, л/мин*кг

<45,5

45,5

48,5

48,5

54,5

54,5

57,5

>57,5

Балл

0,6

1,2

1,8

2,4

3,0

PWC170, гм/мин*кг

<9,4

9,4

11,1

11,1

14,5

14,5

16,2

>16,2

Балл

0,7

1,4

2,1

2,8

3,5

ИНПД2Вт/кг, уд/с

<1,08

1,08

0,86

0,86

0,42

0,42

0,20

>0,2

Балл

1,8

3,6

5,4

7,2

9,0

t1, с

<86,2

86,2

186,6

186,6

387,2

387,2

487,6

>487,6

Балл

2,0

4

6

9

10

Коэфф. А, усл. ед.

<1,23

1,23

1,98

1,98

3,48

3,48

4,23

>4,23

Балл

1,6

3,2

4,8

6,4

8,0

Коэфф. B, усл. ед.

<6

6,00

6,67

6,67

8,02

8,02

8,69

>8,69

Балл

0,5

1

1,5

2

2,5

W40, Вт/кг

<2,72

2,72

3,65

3,65

5,52

5,52

6,45

>6,45

Балл

1,0

2

3

4

5,0

W240, Вт/кг

<1,08

1,08

1,33

1,33

1,83

1,83

2,08

>2,08

Балл

0,9

1,8

2,7

3,6

4,5

Прыжок, см

<82,5

82,5

90,1

90,1

105,3

105,3

112,8

>112,8

Балл

0,5

1

1,5

2

2,5

Бег 6 мин, м

<607,9

607,9

648,0

648,0

728,2

728,2

768,3

>768,3

Балл

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

Комплексная оценка, балл

< 26

26-29

30-36

37-40

> 40

Примечание: обозначения параметров в тексте (см. методический раздел).

Изучение соотношений интенсивности и продолжительности нагрузки показало, что с увеличением ЧСС со 135 до 180 уд/ мин ее мощность, выраженная в Вт/кг, увеличивается у детей 5-6 лет в среднем на 120–150 %, 7-8 лет – на 150–170 %, 9-10 лет – на 180–190 %, 11-12 лет на – 170–180 %, 13-14 лет – 170–180 %. При этом предельная продолжительность работы уменьшается в 5-6 лет в среднем в 8 раз, 7-8 лет – 9 раз, 9-10 лет –10 раз, 11-12 лет – 12 раз, 13-14 лет – 16 раз. Приведенные материалы отражают возрастные изменения функционального диапазона и сложившиеся на различных этапах онтогенеза соотношения мощности, емкости и эффективности энергетических систем.

Сравнение максимальной длительности работы с учетом величины комплексной оценки позволило установить, что различия между испытуемыми с высоким и низким уровнями работоспособности достигают достоверных (p<0,05-0,001) величин, причем с повышением степени «аэробности» физической работы они значительно увеличиваются. При этом наиболее высокой дифференциальной чувствительностью в отношении рабочих возможностей детей 5–14 лет обладают показатели емкости аэробного процесса, что делает их особенно ценными для характеристики уровня соматического здоровья человека.

На основании полученных данных обоснована унифицированная методика определения величины нагрузки, для исчисления которой разработана шкала, устанавливающая соразмерность физиологической интенсивности и предельной длительности работы. Величину физической нагрузки, характеризующую суммарное количественное воздействие мышечной деятельности на организм человека, рассчитывали как произведение физиологической интенсивности работы, выраженной в баллах, и ее продолжительности, выраженной в минутах (И.А. Криволапчук, 2007). Результаты этой серии исследований явились основой для разработки классификации нагрузок по зонам относительной мощности, учитывающей возраст и уровень работоспособности детей, не занимающихся спортом.

В ходе дальнейшей работы подготовлены 28 программ оздоровительной тренировки, ориентированных на оптимизацию ФС детей 5-6, 7-8, 9-10, 13-14 лет. Программы оздоровительной тренировки различались по метаболической направленности, величине, средней интенсивности, недельному объему, продолжительности нагрузки тренирующего характера в отдельном занятии и периодичности воздействий в недельном цикле (см. табл. 1). Программирование занятий осуществлялось в соответствии с предложенной нами классификацией физических нагрузок и схемой организации процесса оздоровительной тренировки. При этом принимались во внимание основные характеристики и критерии, отражающие меру воздействия нагрузки на ФС занимающихся: содержание, направленность, величина и организация физических упражнений. Дозирование нагрузок проводилось на основе разработанных нами шкал интенсивности, моделей множественной линейной регрессии, номограмм, нормативных показателей пиковой, пороговой и средней ЧСС. Физиологические критерии нормирования нагрузок и программы оздоровительной тренировки обоснованы и апробированы в ходе многолетнего педагогического эксперимента.

Срочные эффекты влияния физических упражнений на функциональное состояние детей. Изучение динамики ФС в зависимости от величины одноразовой физической нагрузки показало, что срочный эффект влияния мышечной деятельности на умственную работоспособность, ситуативную тревожность, самочувствие и настроение занимающихся, показатели гистографического анализа времени простой сенсомоторной реакции, характеризующие возбудимость, реактивность и устойчивость нервных процессов,  определяется интенсивностью и продолжительностью работы. Выявлено, что сдвиги изучаемых показателей ФС, обусловленные физической нагрузкой, представленные в графическом виде, приобретают форму, близкую к инвертируемой U-образной кривой. Это свидетельствует о существовании оптимального для осуществления когнитивной деятельности и развития позитивного эмоционального состояния уровня неспецифической активации ЦНС, формируемого физической нагрузкой различной интенсивности и продолжительности.

Установлено, что диапазон допустимой продолжительности нагрузок, используемых для поддержания ФС в границах оптимальной активации в период реституции после мышечной деятельности, существенно зависит от интенсивности работы. При нагрузках интенсивностью 50–60 % индивидуального пульсового резерва он составляет 10–60 минут; 60–70 % – 6–45 мин; 70–80 % – 5–35 мин; 80–90 % – 3–15 мин. С увеличением продолжительности нагрузки одной интенсивности в рамках указанного диапазона позитивные послерабочие изменения изучаемых переменных сохраняются в течение более длительного времени. В целом ярко выраженные (p<0,05-0,001) следовые процессы после нагрузки отмечаются в диапазоне 20–60 минут (рис. 7).

Наиболее существенные положительные изменения эмоционального состояния и умственной работоспособности после нормированной одноразовой нагрузки наблюдаются именно у тех учащихся, которые изначально характеризуются негативным эмоциональным фоном, повышенной тревожностью и низкой работоспособностью.

Модулирующий эффект дозированной нагрузки, по-видимому, связан с известным феноменом регуляции ФС ЦНС через ретикулярную формацию мозга и другие неспецифические структуры потоком афферентных восходящих воздействий.

Рис. 7. Психологические показатели ФС подростков 12–14 лет в период

восстановления после нагрузки продолжительностью 60 мин

Примечание: ЗАШТр – тревожность по зрительно-аналоговой шкале (мм); С – самочувствие; Н – настроение; СТС – ситуативная тревожность по опроснику Спилбергера; НЭП – негативные эмоциональные переживания; СТЛ – ситуативная тревожность по тесту Люшера (баллы).

Достоверность различий по сравнению с фоном: * – p< 0,05; ** – p< 0,01;***– p< 0,001.

Оптимизация функционального состояния детей 514 лет в процессе направленной физической подготовки. В ходе многолетнего педагогического эксперимента установлено, что у детей всех рассматриваемых возрастных групп (n=467) разработанные нами программы оздоровительной тренировки, по сравнению с традиционным двигательным режимом, способствовали улучшению общего ФС организма. Это проявлялось в значительном усилении тонуса парасимпатического отдела ВНС в состоянии покоя и снижении реактивности симпатического отдела при напряженной информационной нагрузке на фоне улучшения скорости и качества переработки информации, уменьшении физиологической цены деятельности, ситуативной тревожности, острой заболеваемости, повышении физической работоспособности и подготовленности.

Данные, полученные на основе обширного статистического материала, свидетельствуют о том, что изменения величины, интенсивности, объема нагрузки и кратности занятий обусловливают неодинаковые приросты рассматриваемых показателей ФС. Сравнительный анализ различных тренировочных программ позволил установить следующее:

- нагрузки высокой интенсивности (70–80 % резерва ЧСС) способствуют более существенному (p<0,05-0,001) улучшению ФС детей 5-6, 7-8, 9-10 и 13-14 лет по сравнению с программами низкой интенсивности (40–50 % резерва ЧСС);

- увеличение продолжительности физических упражнений высокой интенсивности от 36–60 до 180–240 мин в неделю способствует существенному изменению показателей ФС у детей рассматриваемых возрастных групп. При этом у дошкольников 5-6 лет и подростков 13-14 лет наиболее значительное увеличение темпов прироста (p<0,05-0,001) изучаемых переменных отмечается под влиянием нагрузок продолжительностью 90–120 мин. Возрастание объема нагрузки до 180–240 мин сопровождается либо снижением темпов прироста показателей ФС, либо тенденцией уменьшения их абсолютной величины. У школьников 7-8 и 9-10 лет повышение недельного объема нагрузки во всем рассматриваемом нами диапазоне сопряжено с более равномерным нарастанием темпов позитивных изменений ФС;

- при 3 и 6 занятиях в неделю в большинстве случаев не выявлено преимуществ большей периодичности тренировок. У групп школьников 7-8, 9-10, 13-14 лет, отличающихся периодичностью занятий, но выполняющих один и тот же недельный объем нагрузки высокой интенсивности, происходили сходные изменения ФС в изучаемых экспериментальных ситуациях;

- последовательное повышение величины нагрузки не приводит к пропорциональному улучшению ФС при напряженной интеллектуальной деятельности (рис. 8). Диапазон эффективной величины нагрузки отличается в разные возрастные периоды. В возрасте 7-8 и 9-10 лет он шире, чем в 5-6 и 13-14 лет. Очевидно, в периоды, характеризующиеся существенными изменениями в организации функциональных систем и усилением процессов дифференцировки, границы оптимальной величины нагрузки меньше, чем в периоды количественных изменений физиологических функций.

Результаты этой серии исследований дают основание утверждать, что наиболее значительные изменения ФС при напряженной интеллектуальной деятельности происходят в процессе долговременной адаптации к тренирующим нагрузкам относительно небольшой величины. При этом по отношению к различным показателям ФС можно выделить область слабых, оптимальных и предельных по величине нагрузок. Эти сведения хорошо согласуются с мнением о том, что зависимость «доза-эффект», определяющая соотношение между величиной нагрузки, с одной стороны, приростами функциональных возможностей организма (Н.И. Волков, 1986, 2000), состоянием здоровья лиц зрелого возраста (R.R. Pate et al., 1995) и детей (А.Г. Сухарев, 1991) – с другой, имеет нелинейный характер.

Представляют интерес данные о специфике воздействия на ФС детей равных по величине нагрузки двигательных режимов различной метаболической направленности. В процессе изучения долговременной адаптации к мышечной деятельности показано, что программы занятий, основанные на комплексном применении нагрузок аэробного и анаэробного характера, оказывают выраженное (p<0,05-0,001) положительное воздействие на ФС занимающихся.


Рис. 8. Изменения прироста интегральных показателей ФС детей при различной недельной величине физической нагрузки (долговременная адаптация)

Примечание: ОФС – общее функциональное состояние; ВО – вегетативное обеспечение; ЭД – эффективность деятельности; ФР – физическая работоспособность.

Вместе с тем у детей 5-6 лет и подростков 13-14 лет изоморфные программы, базирующиеся на преимущественном использовании упражнений анаэробного характера, в большей степени, чем программы, основанные на применении комплексов аэробной направленности, способствуют снижению активированности в состоянии покоя и улучшению психофизиологических изменений ФС при выполнении умственной работы в индивидуально оптимальном и максимальном темпе, повышению физической работоспособности и подготовленности, снижению заболеваемости. В свою очередь комплексы высокоинтенсивных упражнений преимущественно аэробного характера оказались более эффективными в занятиях со школьниками 7-8 и 9-10 лет (рис. 9). Применительно к показателям, характеризующим физическую работоспособность и подготовленность детей, необходимо отметить, что их изменения, в отличие от сдвигов ФС при умственной работе, существенно зависели от преобладающей метаболической направленности используемых комплексов упражнений. Одинаковые по продолжительности и периодичности занятий высокоинтенсивные программы аэробной направленности оказывали более существенное воздействие на работоспособность занимающихся в зонах большой и умеренной мощности, тогда как комплексы упражнений преимущественно анаэробного характера в большей степени способствовали развитию физических способностей, проявляемых в зонах максимальной и субмаксимальной мощности. При этом важно отметить, что изоморфные комплексы упражнений преимущественно аэробного характера, так же как, и комплексы анаэробной направленности, вызывали значительное (p<0,05-0,001) улучшение всех компонентов работоспособности и подготовленности.

Рис. 9. Прирост (в %) интегральных показателей ФС детей под влиянием физических нагрузок различной направленности (долговременная адаптация)

Примечание: ОФС – общее функциональное состояние; ВО – вегетативное обеспечение; ЭД – эффективность деятельности; ФР – физическая работоспособность; А – аэробные возможности; АН – анаэробные возможности.

Оценивая адаптационные изменения физической работоспособности и подготовленности в возрастном аспекте, можно констатировать, что в 5-6 и 13-14 лет программы, базирующиеся на преимущественном использовании упражнений анаэробного характера, оказывали более существенное влияние на показатели анаэробной и аэробной работоспособности, чем в 7-8 и 9-10 лет, и, наоборот, комплексы упражнений аэробного характера в 7-8 и 9-10 лет вызывали более заметные изменения анаэробных алактатных, анаэробных гликолитических и аэробных компонентов работоспособности, чем в 5-6 и 13-14 лет.

Можно полагать, что выраженность адаптационных изменений ФС определяется скоростью и направленностью процессов роста и развития на различных этапах онтогенеза. По-видимому, в периоды качественных изменений в формировании основных физиологических систем (Д.А. Фарбер и др., 2000, 2007; М.М. Безруких и др., 2003) и перестроек энергетического обмена (В.Д. Сонькин, 2000, 2007; И.А. Корниенко и др., 2005) тренировочное воздействие в виде комплексов упражнений преимущественно анаэробного характера является наиболее желательным, тогда как в периоды постепенного морфофункционального созревания организма наиболее целесообразно применять комплексы упражнений аэробного характера. Особенно отчетливо эта закономерность проявляется тогда, когда скачкообразные изменения морфофункционального развития совпадают по времени с резким преобразованием социальных условий.

Влияние регулируемых параметров физической нагрузки на функциональное состояние детей в процессе долговременной адаптации к мышечной деятельности. Для оценки силы влияния мышечной деятельности (см. табл. 1) на различные аспекты ФС был использован дисперсионный анализ, который свидетельствует о том, что сдвиги изучаемых  показателей существенно (p<0,05-0,001) зависят от рассматриваемых параметров нагрузки. Их влияние на ФС неодинаково в различные возрастные периоды. Об этом свидетельствуют значения критерия Н.А. Плохинского (hх2), находящиеся у детей 5-6 лет в диапазоне от 4 до 52 %, 7-8 лет – от 4 до 42 %, 9-10 лет – от 11 до 42 %, 13-14 лет – от 10 до 46 %.

Результаты данной серии исследований представлены на рис. 10. Видно, что по воздействию на изучаемые признаки величина нагрузки превосходит влияние факторов кратности, продолжительности отдельного занятия, недельного объема, интенсивности и направленности. Данные многофакторного дисперсионного анализа указывают на то, что от 8 до 52 % общего варьирования приростов показателей ФС зависят от недельной величины нагрузки. Следует отметить, что во всех исследуемых возрастных группах вторым фактором, определяющим динамику ФС при напряженной интеллектуальной деятельности, является интенсивность нагрузки. Ранг других характеристик нагрузки на различных этапах онтогенеза меняется (см. рис. 10). Суммарное воздействие регулируемых факторов нагрузки на ФС детей характеризуется определенной возрастной спецификой. На основе учета количества переменных, на которые эти факторы оказывают влияние (p<0,05-0,001), возрастные группы занимающихся разместились в следующей последовательности: 13-14 лет; 5-6 лет; 7-8 лет, и, наконец, 9-10 лет.


Рис. 10. Значимое влияние параметров физической нагрузки на показатели ФС детей

(долговременная адаптация)

Примечание: цифрами обозначено количество показателей, на которые рассматриваемый фактор оказал достоверное (p<0,05-0,001) влияние.

Приведенные в данном разделе материалы дают основание сделать заключение о том, что при использовании средств физической подготовки с целью оптимизации ФС в условиях напряженной интеллектуальной деятельности, прежде всего, необходимо ориентироваться на недельную величину физической нагрузки. Совокупность всех полученных и проанализированных данных позволяет рассмотреть некоторые общие вопросы долговременной адаптации организма к мышечной деятельности в процессе индивидуального развития.

Ключевым моментом обсуждаемой проблемы является то, что физиологические и психологические механизмы адаптационного процесса реализуются на фоне постепенного и гетерохронного развития различных звеньев регуляторной системы мозга и значительных преобразований энергетического обмена, определяющих возрастные особенности выполнения различных видов деятельности.

Физическая нагрузка формирует специфические и неспецифические изменения физиологических компонентов адаптации детей. При этом величина нагрузки служит количественной мерой, отражающей силу ее воздействия на организм, а направленность – специфичность тренировочных эффектов у детей и подростков. Улучшение ФС в условиях напряженной интеллектуальной деятельности под влиянием физических нагрузок относится к проявлениям неспецифической перекрестной адаптации организма. Неспецифическими являются также изменения аэробных способностей, наблюдаемые под воздействием анаэробных нагрузок, и анаэробных компонентов работоспособности при систематическом выполнении нагрузок преимущественно аэробного характера.

Установлены два вида специфических адаптационных эффектов. Это эффекты в отношении преимущественной направленности нагрузки и эффекты, обусловленные возрастными особенностями развития. Специфические тренировочные кумулятивные эффекты первого вида проявляются во всех возрастных группах и характеризуются тем, что наибольшие приросты аэробных показателей физической работоспособности и подготовленности происходят под влиянием аэробных нагрузок, а анаэробных – под влиянием мышечной работы анаэробной направленности. Специфичность адаптационных эффектов физических нагрузок, наблюдаемая у детей различного возраста, проявляется в том, что в периоды постепенного морфофункционального развития диапазон эффективной величины нагрузки расширяется, а наиболее результативными являются нагрузки преимущественно аэробной направленности, тогда как в периоды качественных преобразований в деятельности важнейших физиологических систем диапазон эффективной величины нагрузки сужается, а наибольший эффект дает применение нагрузок преимущественно анаэробной направленности.

Следовательно, в целях оптимизации различных компонентов ФС детей одного возраста средствами физического воспитания необходимо использовать разные соотношения анализируемых характеристик физической нагрузки. Для обеспечения выраженного неспецифического адаптационного эффекта в условиях напряженной интеллектуальной деятельности целесообразно, прежде всего, обеспечить адекватную недельную величину физической нагрузки, а для усиления специфических компонентов адаптации к мышечной деятельности, необходимо ориентироваться на преимущественную направленность нагрузки.

Оптимизация функционального состояния тревожных школьников на основе комплексного использования физических упражнений и приемов регуляции психологического стресса. На начальных этапах систематического обучения в школе, когда происходящие одновременно значительные изменения ключевых механизмов организации высших психических функций, систем вегетативного обеспечения и обмена веществ сочетаются с резкой сменой социальных условий, особую значимость приобретают контроль и коррекция ФС тревожных детей.

Применение в целях оптимизации ФС тревожных детей 6–8 лет дополнительных занятий, включающих нагрузки преимущественно аэробной направленности, релаксационный тренинг, дыхательные упражнения, обладающие успокаивающим действием, и функциональную музыку, наиболее эффективно снижает избыточный уровень активации ЦНС. Это приводит к повышению продуктивности напряженной интеллектуальной деятельности и уменьшению ее физиологической цены, улучшению физической работоспособности, по сравнению с избирательным использованием представленных выше средств управления ФС. Данное заключение хорошо иллюстрируется изменениями приростов интегральных параметров ФС (рис. 11).

Рис. 11. Приросты интегральных показателей ФС тревожных детей 6–8 лет.

Примечание: ФН – физическая нагрузка; ПРФС – приемы регуляции ФС.

Значения сдвигов ЭД уменьшены на порядок, остальные обозначения см. рис. 8.

Достоверность различий по сравнению с контрольной группой: * – p< 0,05;

** – p< 0,01.

Применение только физических нагрузок оказывает хотя и менее выраженное, но сходное с использованием описанного комплекса средств и методов оптимизации ФС воздействие на физиологический статус тревожных детей 6–8 лет. Влияние других приемов профилактики психической напряженности для  долговременной оптимизации ФС в этот возрастной период является менее значимым. По-видимому, они играют важную, но все же вспомогательную роль. Особенности влияния различных приемов регуляции ФС на организм тревожных детей младшего школьного возраста в значительной степени обусловлены незрелостью фронто-таламической регуляторной системы (Р.И. Мачинская, 2007) и спецификой функциональной организации лимбических структур мозга (П.В. Симонов, 1987).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексное исследование функционального состояния детей 5–14 лет с одновременным изучением физиологических, психологических и поведенческих показателей позволило получить сведения о факторной структуре и возрастных особенностях его изменений при напряженной интеллектуальной деятельности. В широком возрастном диапазоне проведено изучение влияния занятий физическими упражнениями на функциональное состояние учащихся при выполнении умственной нагрузки различной степени сложности.

Анализ параметров функционального состояния детей, распределенных по возрасту, полу, активированности в состоянии спокойного бодрствования, уровню личностной тревожности, стадиям полового созревания, интенсивности мотивации, уровню физической работоспособности, позволил установить, что наиболее существенные изменения ФС при напряженной интеллектуальной деятельности происходят в периоды, связанные с качественными преобразованиями в функционировании важнейших физиологических систем и перестройками базовых механизмов адаптации ребенка к социальным и природным факторам.

Материалы, полученные в данной серии исследований, стали основанием для поиска эффективных средств и методов оптимизации функционального состояния детей с учетом обнаруженных возрастных и индивидуальных особенностей.

Обследование испытуемых, дифференцированных по физической работоспособности, показало, что дети, обладающие высоким уровнем развития аэробных и анаэробных гликолитических компонентов работоспособности, отличаются от учащихся с низкой работоспособностью оптимальным уровнем неспецифической активации ЦНС, преобладанием тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в состоянии спокойного бодрствования и менее выраженными изменениями функционального состояния при напряженной интеллектуальной деятельности, меньшей ее физиологической ценой, высокими умственной работоспособностью и физической подготовленностью. Эти данные указывают на необходимость использования физических нагрузок в целях оптимизации функционального состояния детей при интенсивной умственной деятельности.

Установлено, что выраженность реакций срочной адаптации на дозированную физическую нагрузку определяется возрастом, исходным уровнем функционального состояния организма, физической работоспособностью. Существует оптимальный для выполнения интеллектуальной деятельности уровень функционального состояния, обусловленный физической нагрузкой, обеспечивающий эффективное осуществление процессов анализа и переработки информации и формирование положительного эмоционального состояния.

Весь комплекс полученных и проанализированных нами данных позволяет заключить, что основным механизмом позитивного влияния физических нагрузок на функциональное состояние организма детей при напряженной интеллектуальной деятельности является направленное усиление неспецифических и специфических компонентов адаптации, проявляющееся в расширении функциональных возможностей физиологических систем и формировании новых программ развертывания адаптивных реакций. Выраженность неспецифических компонентов долговременной адаптации определяется величиной нагрузки, а специфических – прежде всего, ее направленностью.

Срочные эффекты адаптации к адекватно дозированным физическим нагрузкам позволяют поддерживать в период отдыха после мышечной работы уровень ФС в диапазоне оптимальной активации, создающей условия для выполнения интеллектуальной деятельности с высокой эффективностью и положительных изменений эмоционального статуса.

Долговременные эффекты адаптации к адекватно дозированным физическим нагрузкам проявляются в снижении уровня неспецифической активации ЦНС и сдвиге вегетативного баланса в сторону преобладания активности парасимпатического отдела вегетативной нервной системы в состоянии спокойного бодрствования, уменьшении выраженности психофизиологических изменений ФС при напряженной информационной нагрузке, повышении умственной работоспособности, уменьшении физиологической цены интеллектуальной деятельности.

Показано, что особенности долговременного влияния физических нагрузок на функциональное состояние детей при напряженной умственной работе на различных этапах онтогенеза в значительной степени зависят от чередования периодов плавного и интенсивного развития – соотношения количественных и качественных изменений в деятельности физиологических систем. Установлено, что на этапах значительных качественных морфофункциональных перестроек наиболее выраженный положительный эффект дает применение средних по величине нагрузок преимущественно анаэробной направленности, тогда как на этапах постепенных количественных изменений – использование нагрузок преимущественно аэробной направленности, характеризующихся большой величиной.

Во всех рассматриваемых возрастных группах установлена зависимость наблюдаемых изменений физической работоспособности и подготовленности от преимущественной метаболической направленности используемых физических упражнений: приросты переменных, отражающих анаэробные возможности организма, в большей степени возрастали под влиянием анаэробных нагрузок и в меньшей степени – аэробных, а показатели аэробных возможностей, напротив, изменялись более существенно при использовании упражнений аэробного характера. Эти специфические особенности адаптации организма детей к мышечной деятельности, связаны, по-видимому, с нелинейностью и гетерохронностью развития отдельных элементов системы энергообеспечения в онтогенезе.

Сопоставление изменений функционального состояния организма детей в условиях напряженной интеллектуальной деятельности в возрастном аспекте показало, что тенденции сдвигов отдельных его показателей под влиянием долговременной адаптации к физическим нагрузкам могут как совпадать, так и не совпадать с направленностью развития, что обусловливается нелинейностью формирования основных физиологических систем и морфофункциональной спецификой отдельных этапов онтогенеза.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в такой критический период онтогенеза, как начало систематического обучения в школе, для оптимизации функционального состояния детей, отличающихся выраженными индивидуально-психологическими характеристиками, предрасполагающими к развитию психологического стресса, целесообразно комплексно применять физические нагрузки и приемы индивидуальной регуляции состояния напряжения. При этом доминирующую роль должны играть физиологически обоснованные программы физических упражнений. Специфика воздействия рассматриваемых приемов регуляции функционального состояния на организм тревожных детей 6–8 лет отражает особенности индивидуально-психологической реактивности, проявляющиеся на фоне незрелости регуляторной системы мозга на данном этапе онтогенеза.

ВЫВОДЫ

1. Анализ физиологических, психологических и поведенческих показателей функционального состояния организма детей 5–14 лет показал, что ведущими факторами, определяющими его структуру, являются вегетативная регуляция, гемодинамическое обеспечение и физиологическая цена интеллектуальной деятельности, физическая работоспособность и неспецифическая устойчивость к простудным заболеваниям.

В комплексе показателей физической работоспособности и подготовленности наиболее информативными критериями оценки функционального состояния являются параметры аэробных, анаэробных гликолитических и анаэробных алактатных возможностей организма.

2. Информационные нагрузки вызывают у детей 5–14 лет повышение уровня активации ЦНС, проявляющееся в возрастании напряжения регуляторных систем, сдвиге вегетативного баланса в сторону преобладания активности симпатического отдела вегетативной нервной системы.

Во всех обследуемых возрастных группах детей переход от выполнения интеллектуальной деятельности в комфортных условиях к работе с максимальной скоростью сопровождается снижением качественных показателей умственной работоспособности, повышением активности симпатического отдела вегетативной нервной системы и возрастанием вегетативных затрат на переработку значимой информации. Это указывает на то, что физиологическая цена работы в комфортном режиме ниже, чем нагрузки, выполняемой в максимальном темпе.

3. Регуляция функционального состояния при реализации напряженной информационной нагрузки с возрастом улучшается, продуктивность интеллектуальной деятельности возрастает, а ее физиологическая цена, напротив, снижается. Это отражает совершенствование структурно-функциональной организации ЦНС в процессе онтогенеза и повышение эффективности адаптивных реакций организма.

Полученные данные позволяют считать, что этапы развития, отличающиеся чередованием процессов роста и дифференцировки, характеризуются определенной спецификой изменений функционального состояния детей при напряженной информационной нагрузке:

– на этапах качественных перестроек основных физиологических функций (5-6, 6-7 и 13-14 лет) проявляются избыточное вегетативное обеспечение умственной работы, низкая эффективность и повышенная цена деятельности;

– на этапах количественных изменений основных физиологических функций (7-8, 9-10, 11-12 лет) отмечаются поступательное снижение физиологической реактивности, повышение эффективности и уменьшение цены деятельности.

4. Изменения функционального состояния при информационной нагрузке определяются индивидуальными особенностями детей 5–14 лет. Выявлена зависимость уровня функционального состояния учащихся в условиях напряженной интеллектуальной деятельности от активированности в состоянии спокойного бодрствования, мотивации, личностной тревожности, темпов полового созревания и физической работоспособности.

5. Функциональное состояние детей 5–14 лет в условиях напряженной информационной нагрузки зависит от аэробных, анаэробных гликолитических и анаэробных алактатных компонентов физической работоспособности и их взаимодействия.

Дети, обладающие высоким уровнем развития аэробных и анаэробных гликолитических компонентов работоспособности, отличаются от учащихся с низкой работоспособностью оптимально сниженным уровнем неспецифической активации ЦНС, преобладанием тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы при спокойном бодрствовании и менее выраженными изменениями функционального состояния при напряженной интеллектуальной деятельности, меньшей ее физиологической ценой, высокой умственной работоспособностью.

6. Определены изменения факторной структуры физической работоспособности в возрастном аспекте и разработана методика ее комплексной оценки для детей от 5 до 14 лет. Сравнение максимальной длительности работы различной интенсивности с учетом величины комплексной оценки физической работоспособности позволило установить, что различия между лицами с высоким и низким уровнями физического состояния во всех возрастных группах достигают статистически существенных величин, причем с уменьшением мощности работы они значительно нарастают. На основе этих данных разработаны унифицированная методика расчета величины нагрузки, классификация нагрузок по зонам мощности, номограммы, отражающие зависимость продолжительности физической работы от ее интенсивности у детей с различной физической работоспособностью. Предложенные способы нормирования физических нагрузок могут найти широкое применение при создании физиологически обоснованных программ оздоровительной тренировки учащихся в условиях детских дошкольных учреждений и общеобразовательных школ.

7. Физиологически обоснованные программы занятий высокой интенсивности, базирующиеся на комплексном применении физических упражнений различной метаболической направленности, оказывают выраженное положительное воздействие на функциональное состояние детей в условиях напряженной информационной нагрузки.

Выявлена специфика долговременного влияния физических нагрузок аэробного и анаэробного характера на функциональное состояние детей на этапах, отличающихся изменениями скорости и направленности процессов роста и развития:

– на этапах качественных перестроек основных физиологических функций диапазон эффективной величины нагрузки, в рамках которого происходят оптимальные изменения функционального состояния при напряженной интеллектуальной деятельности, сужается, общие приросты физической работоспособности снижаются, а наиболее выраженный тренирующий эффект дает применение нагрузок преимущественно анаэробной направленности;

– на этапах постепенных количественных изменений основных физиологических функций диапазон эффективной величины нагрузки расширяется, приросты работоспособности увеличиваются, а наиболее выраженный тренирующий эффект дает применение нагрузок преимущественно аэробной направленности.

8. Величина физической нагрузки определяет общее неспецифическое воздействие двигательной активности на функциональное состояние детей при напряженной интеллектуальной деятельности. Соотнесение выраженности воздействия различных параметров физической нагрузки на функциональное состояние показало, что во всех возрастных группах величина физической нагрузки отличалась наибольшей силой влияния на умственную работоспособность, вегетативное обеспечение и физиологическую цену напряженной интеллектуальной деятельности, эмоциональный фон, физическую работоспособность и подготовленность.

Оптимальная величина физической нагрузки может быть получена за счет различных сочетаний интенсивности, недельного объема, продолжительности и кратности занятий.

9. В исследованиях, направленных на оптимизацию функционального состояния тревожных детей 6–8 лет, показано, что комплексное применение физических нагрузок преимущественно аэробного характера, релаксационного тренинга, дыхательных упражнений и функциональной музыки в долговременном аспекте обладает большей эффективностью, чем избирательное использование рассматриваемых средств. При избирательном воздействии выраженное влияние на функциональное состояние тревожных детей 6–8 лет в условиях напряженной информационной нагрузки оказывают только физические упражнения. Применение других способов оптимизации функционального состояния является менее эффективным.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

  1. Криволапчук, И.А. Изменения омега-потенциала при умственной, сенсомоторной и физической нагрузках у детей 6-7 лет / И.А. Криволапчук // Физиология человека. – 1988.– Т. 14, N 6. – С. 1024–1026.
  2. Криволапчук, И.А. Изменения функционального состояния ЦНС при умственной и сенсомоторной нагрузках у детей 7-8 лет с разным уровнем развития выносливости / И.А. Криволапчук // Взаимодействие моторных и вегетативных функций при различных видах мышечной активности человека:  темат. сб. науч. тр. – Калинин, 1988. – С. 75–79.
  3. Криволапчук, И.А. Особенности регуляции сердечного ритма у детей 7-8 лет с различным уровнем развития выносливости / И.А. Криволапчук // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. – 1989. – № 2.– С. 88–90.
  4. Криволапчук, И.А. Неспецифическая реактивность детей 7–8 лет на различные виды нагрузок / И.А.Криволапчук, А.С. Горев  // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. – 1990. – N 2. – С. 81–85.
  5. Криволапчук, И.А. Максимальная анаэробная мощность детей 11–15 лет / И.А. Криволапчук // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. – 1991. – № 1. – С. 81–85.
  6. Криволапчук, И.А. Особенности психофизиологической реактивности детей 7–8 лет с разным уровнем физической работоспособности / И.А. Криволапчук // Вопросы теории и практики физической культуры и спорта. – Минск, 1991. – Вып. 21. – С. 25–29.
  7. Криволапчук, И.А. Факторный анализ взаимосвязей показателей неспецифической активации ЦНС, физической работоспособности и общей выносливости детей 7–8 лет / И.А. Криволапчук // Новые исследования в психологии и возрастной физиологии. – 1991. – N 2. – С. 66–68.
  8. Криволапчук, И.А. Социально-биологические факторы нарушений функционального состояния центральной нервной системы школьников и двигательная активность / И.А. Криволапчук // Фізічная культура і здароўе. – 1996. – N 5. – С. 11–21.
  9. Криволапчук, И.А. Эмоциональное напряжение и роль физических упражнений в профилактике его отрицательных последствий / И.А. Криволапчук // Методологические и прикладные проблемы физической культуры: сб. науч. тр. ученых России и стран СНГ. – Ростов н/Д: Изд-во РГПУ, 1996. – Вып. 1. – С. 57–63.
  10. Криволапчук, И.А. Нормирование нагрузок при использовании физических упражнений аэробной направленности для оптимизации функционального состояния ЦНС школьников / И.А. Криволапчук // Фізічная культура і здароўе. – 1997. – № 8. – С. 10–20.
  11. Криволапчук, И.А. Профилактика эмоционального напряжения, обусловленного «радиационной угрозой»: эффекты двигательной адаптации / И.А. Криволапчук // Экологическая антропология: ежегодник. – Минск–Люблин–Лодзь, 1997. – С. 364–367.
  12. Криволапчук, И.А. Физические упражнения в общей системе средств оптимизации функционального состояния / И.А. Криволапчук // Экологическая антропология: ежегодник. – Минск, 1998. – С. 261–264.
  13. Криволапчук, И.А. Типологическая характеристика физической подготовленности и психофизиологическая реактивность детей в начальный период второго детства / И.А. Криволапчук // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага універсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 1. – 1999. – № 1. – С. 42-51.
  14. Криволапчук, И.А. Эмоциональное состояние школьников после дозированных физических нагрузок / И.А. Криволапчук // Экологическая антропология: ежегодник. – Минск, 1999. – С. 351–355.
  15. Криволапчук, И.А. Проблемы оптимизации функционального состояния детей и подростков средствами физической культуры / И.А. Криволапчук // Фізічная культура і здароўе. – 2000. – № 3. – С. 95–107.
  16. Криволапчук, И.А. Проблемы оптимизации функционального состояния детей и подростков средствами физической культуры / И.А. Криволапчук // Фізічная культура і здароўе. – 2000. – № 4. – С. 78–84.
  17. Криволапчук, И.А. Значение двигательной адаптации в формировании эмоционального статуса школьника: монография / И.А. Криволапчук // Эмоции человека в нормальных и стрессорных условиях / А.И. Яроцкий [и др.]; под общ. ред. А.И. Яроцкого, И.А. Криволапчука.– Гродно: ГрГУ, 2001. – С. 368–419.
  18. Криволапчук, И.А. Модулирующее воздействие дозированной физической нагрузки на уровень умственной работоспособности детей и подростков 6–14 лет / И.А. Криволапчук // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага універсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 2. – 2001. – № 1. – С. 111–123.
  19. Криволапчук, И.А. Некоторые когнитивные процессы у детей 6–10 лет в период восстановления после физической нагрузки / И.А. Криволапчук // Спортивная наука на рубеже столетий: междунар. сб. науч. тр. – Минск, 2001. – Вып. 1. – С. 329–335.
  20. Криволапчук, И.А. Интенсивность физической нагрузки в оздоровительной тренировке (Обзор литературы) / И.А. Криволапчук // Проблемы физической культуры и спорта в высших учебных заведениях: cб. науч. работ. – Воронеж: Изд-во ВГАУ, 2003. – C. 60–73.
  21. Криволапчук, И.А Хронотропная реакция сердца как критерий интенсивности физической нагрузки у детей и подростков / И.А. Криволапчук // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага універсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 1. – 2004. – № 1.– С. 51–59.
  22. Криволапчук, И.А. Комплексная оценка работоспособности детей 9–10 лет и дозирование нагрузок оздоровительной направленности / И.А. Криволапчук, В.В. Мышъяков // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2004. – № 6. – С. 51–58.
  23. Криволапчук, И.А. Немедикаментозная профилактика и коррекция последствий школьного стресса: возможности физических упражнений / И.А. Криволапчук // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2004. – №1.– С. 10–16.
  24. Криволапчук, И.А. Оздоровительные эффекты физических упражнений и их место в системе средств оптимизации функционального состояния человека / И.А. Криволапчук // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. – 2004. – № 5. – С. 8–14.
  25. Криволапчук, И.А. Особенности физического состояния детей 6–8 лет с высокой личностной тревожностью / И.А. Криволапчук // Теорія і практика фізичного виховання. – 2004. – № 2. – С. 128–134.
  26. Криволапчук, И.А. Физическое состояние мальчиков 13–14 лет с различной степенью полового созревания / И.А. Криволапчук, В.К. Сухецкий // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага універсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 2. – 2004. – № 1.– С. 114–121.
  27. Криволапчук, И.А. Аспекты моделирования состояния психической напряженности у детей и подростков / И.А. Криволапчук // Веснік Гродзенскага дзяржаўнага універсітэта імя Янкі Купалы. Сер. 1. – 2005. – № 1(30). – С. 90–102.
  28. Криволапчук, И.А. Определение величины физической нагрузки у детей 5–6 лет на основе анализа зависимости «доза–эффект» / И.А. Криволапчук // Мир спорта. – 2005.– № 1(18). – С. 33–41.
  29. Криволапчук, И.А. Факторы работоспособности, ее комплексная оценка и дозирование нагрузки на занятиях с детьми 5–6 лет / И.А. Криволапчук // Вестник КрасГУ. Серия: гуманитарные науки (физическая культура и спорт). – 2005. – № 6. – С. 144–150.
  30. Криволапчук, И.А. Личностная тревожность и функциональное состояние детей 6–8 лет / И.А. Криволапчук, В.В. Зайцева // Новые исследования. – 2005. – № 2. – С. 42–53.
  31. Криволапчук, И.А. Психофизиологическая характеристика функционального состояния подростков на разных стадиях полового созревания в условиях информационной нагрузки /И.А. Криволапчук, В.К. Сухецкий // Физиология человека. – 2005. – Т. 31, N 6. – С. 13–25.
  32. Krivolapchuck, I. Optimization of the functional state of the alarming schoolboys of 6–8 years by the means of the physical culture / I. Krivolapchuck // Scientific Fundaments of Human Movement and Sport Practice, Rimini, Italy / University of Bolona; IASK; ed by W. Starosta, S. Scuatrito. – Bologna, 2005. – Vol. 21, Part 2. – Р. 389–391.
  33. Криволапчук, И.А. Психофизиологические показатели у детей 6–8 лет при информационной нагрузке в зависимости от тревожности как устойчивой индивидуальной характеристики / И.А. Криволапчук // Физиология человека. – 2006. – Т. 32, N 6. – С. 13–21.
  34. Криволапчук, И.А. Характеристики физической нагрузки в оздоровительной тренировке детей и подростков / И.А. Криволапчук // Фізічная культура і здароўе. – 2006. – № 2.– С. 45–52.
  35. Криволапчук, И.А. Биоэнергетические факторы работоспособности и психофизиологические изменения функционального состояния школьников 9-10 лет / И.А. Криволапчук, В.В. Мышъяков // Мир спорта. – 2007. – № 3 (28). – С. 86–95.
  36. Криволапчук, И.А. Оптимизация функционального состояния детей и подростков в процессе физического воспитания: монография / И.А. Криволапчук. – Гродно: ГрГУ, 2007. – 606 с.
  37. Криволапчук, И.А. Психофизиологическая цена напряженной информационной нагрузки у детей и подростков 5-14 лет / И.А. Криволапчук // Физиология человека. – 2008. – Т. 34, N 4. – С. 28–35.



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.