Актуальность темы. Процессы формирования и укрепления здоровья детей, развития функциональных возможностей их организма, входят в компетенцию соответствующих разделов физиологии и медицины (А.Н. Разумов, И.П. Бобровницкий, 2004; М.М. Безруких и др., 2007). Однако существенный временной отрезок детства связан с образовательной средой - с пребыванием в образовательных учреждениях, получением знаний, развитием интеллектуальных, психологических, психофизиологических и физических качеств, формированием новых навыков и умений. Процесс школьного образования к существующим факторам риска для здоровья (физическим, химическим, эпидемическим, социальным) добавляет информационно-психологические факторы, связанные с резким увеличением количества и изменением качества информационного потока (Л.И. Колесникова и др., 2003). В условиях перманентной модернизации и реформировании образования дети также нередко становятся участниками экспериментов, как педагогических, так и административных, не всегда имеющих достаточное научно-методическое, педагогическое, и медицинское обоснования (В.Р. Кучма, М.И. Степанова, 2002). Этот процесс заметно активировался в контексте реализации приоритетных национальных проектов "Образование" и "Здоровье". В частности, в последнее время в школьную практику внедряют личностно-ориентированные, в том числе, здоровьесберегающие образовательные технологии, целью которых является не только повышение качества самого педагогического процесса, но и сохранение, и укрепление здоровья учащихся (Н.А. Алексеев, 2006; А.А. Плигин, 2007). Однако принципы и методы оценки здоровьесберегающей составляющей образовательных технологий и образовательной среды в целом разработаны пока недостаточно.

К настоящему времени сформировалось устойчивое представление о том, что в школьном возрасте на здоровье учащихся оказывает влияние не только процесс образования, но и биологические и средовые факторы (А.Г. Сухарев, 2006). Причем "состояние среды жизнедеятельности современных российских школьников является неблагоприятным для нормального роста, развития и здоровья учащихся" (М.М. Безруких и др., 2006). При этом с одной стороны, признано, что показателем меры и уровня здоровья детей является величина функциональных резервов их организма, их адаптивные способности (В.С. Фомин, 1996; Р.М. Баевский, 2003; А.Г. Сухарев, 2006). С другой стороны, преимущественное применение статистических и санитарно-гигиенических способов оценки влияния образовательной среды на здоровье учащихся лишь констатирует постоянное ухудшение показателей здоровья, что подтверждают данные Союза педиатров России (А.А. Баранов и др., 2008). Причиной ухудшения здоровья учащихся считают негативное влияние социальных и эколого-гигиенических условий жизни (В.Р. Кучма, Л.М. Сухарева, 2007). Кроме того, есть мнение, что неудовлетворительное состояние здоровья детей, как наиболее чувствительной части населения, отражает общее состояния здоровья населения, ухудшающегося под влиянием социальных условий последних десятилетий (М.М. Безруких, 2000).

Одновременно в оценке роли образовательной среды в жизни детей наблюдается некоторая однобокость, ее влияние рассматривается только как фактор риска для здоровья учащихся, с возможным переходом на уровень фактора патогенетического (М.М. Безруких и др., 2007). То, что на фоне действия патогенетических факторов, в том числе индуцированных влиянием образовательной среды, происходит активация факторов саногенетических (Д.Д. Панков, Т.Б. Панкова, 2006), обеспечивающих продуктивное взаимодействие организма ребенка со средой и призванных восстановить нарушенное равновесие в организме (Г.Н. Крыжановский, 2003-2008), из виду часто упускается.

В целом, провести селективную и точную оценку характера влияний образовательной среды на функциональное состояние организма учащихся в контексте комплексного влияния природно-климатических, экологических и социально-экономических факторов среды, использование санитарно-гигиенических методов, основанных на данных медицинской статистики и нозологическом мониторинге, не позволяет. Для решения такой сложной задачи, как оценка изменения уровня здоровья учащихся внутри диапазона "здоровье", т.е. процессов, происходящих в организме большей части детей и подростков в условиях систематического обучения, оценки функциональной направленности происходящих изменений, необходим комплексный подход, предусматривающий динамический контроль за изменением большого числа показателей функциональной активности основных систем организма, а также изучение изменений его адаптивных возможностей, вызываемых потенциально патогенным влиянием факторов образовательной среды. Для проведения такого род исследований на донозологическом уровне целесообразно использовать методологию физиологического и патофизиологического анализа.

Цель исследования.

Используя принципы и методы патофизиологического исследования, выявить функциональную направленность физиологических сдвигов в организме учащихся, вызываемых влиянием образовательной среды и ее отдельных компонентов.

Задачи исследования.

1. Обосновать применение функциональной нагрузочной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства на основе метода спироартериокардиоритмографии для тестирования функционального состояния организма детей и подростков.

2. Изучить влияние образовательной среды в целом на состояние сердечно-сосудистой системы и показатели психомоторного развития у школьников разного возраста (по результатам донозологического полисистемного мониторинга в течение учебного года и на протяжении нескольких лет).

3. Оценить влияние психолого-педагогических факторов образовательной среды на функциональное состояние организма и динамику его изменения у школьников (на примере школ с разными образовательными технологиями).

4. Оценить влияние эколого-социальных средовых факторов на функциональное состояние организма учащихся (на примере разных мест жительства).

5. Оценить влияние гиподинамии, как фактора риска образовательной среды, на показатели сердечнососудистой системы, адаптивные возможности организма и психофизиологические показатели учащихся (на примере учащихся общеобразовательных и спортивных школ).

6. Изучить особенности показателей работы системы нейровегетативной регуляции у прегипертензивных подростков (с высоким нормальным артериальным давлением).

7. Изучить влияние на функциональное состояние организма учащихся здоровьесберегающих технологий (на примере фитопрепарата "Кармолис" и комплекса специальных упражнений "Пять минут для здоровья").

Научная новизна.

Для анализа функциональной направленности физиологических сдвигов, вызываемых в организме учащихся влиянием образовательной среды, использованы принципы и методология донозологического полисистемного мониторинга: одновременная комплексная регистрация состояния нескольких систем организма, изучение как одномоментных, так и динамических показателей, установление связей между влиянием средовых и образовательных факторов с изменением показателей функционального состояния организма учащихся. С этой целью впервые применен оригинальный тест оценки адаптивных возможностей организма при увеличении "мертвого" дыхательного пространства методом спироартериокардиоритмографии. Данные об онтогенетических закономерностях реактивности различных показателей сердечнососудистой системы и систем нейровегетативной регуляции при выполнении данной функциональной пробы послужили основанием для сравнительного анализа степени функциональной зрелости сердечнососудистой системы детей и подростков, подвергающихся действию различных факторов риска образовательной среды.

Анализ динамики изменения состояния сердечнососудистой системы в течение учебного года выявил, что признаками адаптации организма учащихся к комплексному влиянию факторов образовательной среды, в условиях тестирования в функциональной пробе с увеличением "мертвого" дыхательного пространства, является усиление активности высших надсегментарных звеньев вегетативной регуляции, отражающих влияние гуморально-метаболических факторов и психо-эмоционального состояния. Этот процесс сопровождается снижением артериального давления у младших школьников и возрастанием частоты сердечных сокращений у старшеклассников. Анализ психофизиологических показателей выявил снижение к концу учебного года плавности движений, тогда как показатели точности движений и внимания в конце учебного года были лучше, чем в осеннем тестировании. Многолетний мониторинг позволил показать, что изменения функционального состояния организма учащихся носят обратимый характер и обнаруживаются во всех классах общеобразовательных школ. Предполагается, что адаптивные изменения в организме учащихся, развивающиеся в ответ на комплексное воздействие факторов образовательной среды, опосредуются перестройками в работе головного мозга - в центральных звеньях нейровегетативной регуляции и в высших отделах психомоторной сферы.

Теоретическая и практическая значимость работы.

В работе впервые проанализированы онтогенетические закономерности функционального созревания систем регуляции сердечного ритма и артериального давления, участвующих в формировании адаптивного ответа организма, в условиях одновременной оценки состояния дыхательной и сердечнососудистой систем при выполнении нагрузочной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства.

Направленность функциональных перестроек в организме школьников, вызываемых компонентами образовательной среды, впервые анализируются не только с точки зрения их возможной патогенетической роли, но и с точки зрения саногенеза - процессов, призванных восстановить нарушенное равновесие в организме, и тем самым способствующих восстановлению и укреплению здоровья учащихся.

Показано, что такие компоненты образовательной среды, как гиподинамия и использование традиционных образовательных технологий, являются факторами риска для здоровья учащихся и могут рассматриваться как условно-патогенные. При этом негативное влияние психолого-педагогических факторов образовательной среды усиливается при их сочетании с неблагоприятными эколого-социальными средовыми факторами, что увеличивает риск развития юношеской прегипертензии.

Использование личностно-ориентированных образовательных технологий (профильного обучения, формирования креативного мышления, вальдорфской педагогики), наоборот, оказывают позитивное влияние на функциональное состояние организма учащихся - снижают выраженность функциональных сдвигов во время учебного года в работе сердечнососудистой системы, ускоряют развитие скоростных качеств психомоторной сферы, и могут рассматриваться как факторы саногенеза. Позитивное влияние на здоровье учащихся также оказывают здоровьесберегающие образовательные технологии, основанные на увеличении двигательной активности школьников.

Использование нагрузочной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства позволило показать, что в основе изменения функционального состояния сердечнососудистой системы учащихся при действии условно-патогенных факторов образовательной и внешней среды лежит затягивание процессов функционального созревания систем нейровегетативной регуляции. Средовые и школьные факторы, нормализующие возрастную динамику данных процессов, оказывают воздействие саногенетической направленности.

Практическая значимость работы определяется тем, что использование методологии физиологического и патофизиологического анализа результатов донозологического мониторинга здоровья учащихся позволяет корректно оценивать здоровьесберегающую составляющую любых образовательных технологий. Это способствует повышению эффективности образовательного процесса, когда высокое качество знаний достигается одновременно с укреплением здоровья учащихся.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Функциональная нагрузочная проба с увеличением "мертвого" дыхательного пространства является достаточно чувствительным инструментом для оценки степени функциональной зрелости сердечнососудистой системы и выявления адаптивных изменений в организме учащихся, вызываемых влиянием различных средовых и образовательных факторов.

2. Индикаторами формирования адаптивного ответа организма учащихся на действие факторов образовательной среды являются обратимые изменения функциональной активности сердечнососудистой системы, систем нейровегетативной регуляции и психомоторной координированности, при которых основные параметры функционального состояния организма учащихся не выходят за границы индивидуальной половозрастной нормы.

3. Использование традиционных педагогических технологий является фактором риска образовательной среды, тогда как применение личностно-ориентированных образовательных технологий (профильное обучение, формирование креативного мышления, вальдорфская педагогика) снижает выраженность функциональных сдвигов во время учебного года в работе сердечнососудистой системы и ускоряет развитие психомоторных качеств учащихся. Неблагоприятное влияние традиционных педагогических технологий на функциональное состояние организма учащихся проявляется при их сочетании с негативным влиянием средовых факторов (жизнь в мегаполисе).

4. Условия жизни в мегаполисе, как эколого-социальные средовые факторы, оказывают значимое влияние на сроки функционального развития сердечнососудистой системы учащихся и форму адаптивного ответа их организма при выполнении функциональной пробы с увеличением "мертвого" дыхательного пространства. Особенностью москвичей, как жителей мегаполиса, является затягивание процесса функционального развития систем вегетативной регуляции СР и пАД, и его связь с активностью высших надсегментарных механизмов при недостаточном уровне активности симпатических и барорефлекторных влияний.

5. Гиподинамия, как один из факторов риска образовательной среды, вызывает относительное отставание функционального развития вегетативной регуляции сердечнососудистой системы учащихся в подростковом возрасте. Использование в практической работе образовательных учреждений здоровьесберегающих технологий, основанных на повышении уровня двигательной активности, вызывает позитивные изменения в динамике показателей сердечнососудистой системы в течение учебного года, а также способствует активации центральных звеньев психомоторной сферы.

6. Затягивание сроков функционального развития систем нейровегетативной регуляции является одним из факторов патогенеза в формировании состояния прегипертензии в юношеском возрасте. При сочетании негативных влияний средовых факторов (жизнь в мегаполисе) со школьными факторами риска (использование традиционных образовательных технологий) доля подростков с повышенным артериальным давлением (прегипертензивных и гипертензивных) достигает 50 % выборки при 10 % в условно-нормальной популяции.

Внедрение результатов работы.

Основы патофизиологического анализа функционального состояния организма учащихся на донозологическом уровне включены в курс лекций "Инструментальные методы саногенетического мониторинга" на кафедре здоровьесберегающего содержания образовательных технологий ГОУ ДПО "Московский институт открытого образования" Департамента образования г. Москвы. Подготовлен и опубликован "Сборник нормативно-методических документов по оценке влияния образовательных технологий на здоровье детей и подростков". Методика и результаты саногенетического мониторинга сердечнососудистой системы учащихся использованы при разработке методических рекомендаций "Экспертиза нарушений осанки детей и подростков при оптической топографии позвоночника в условиях образовательных учреждений" (утверждены Департаментом здравоохранения г. Москвы 05.02.2008 г.). Результаты саногенетического мониторинга состояния здоровья учащихся использованы при разработке здоровьесберегающих образовательных технологий в НОУ ЧГЭШ "Самсон" (ЮАО г. Москвы) и с 2002 г. используются в практической работе ГОУ СОШ (с углубленным изучением английского языка) № 1357 ЮВАО г. Москвы.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены на Всероссийской научно-практической конференции "Здоровый ребенок" (Улан-Удэ, 22-25 сентября 2003 г.), Международном конгрессе "Здоровье, обучение, воспитание детей и молодежи в XXI веке" (Москва, 12-14 мая 2004 г.), Международной научной конференции "Физиология развития человека" (Москва, 22-26 ноября 2004 г.), 7-й научно-практической конференции "Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы" (Москва, 23 марта 2005 г.), VIII Международной конференции АСВОМЕД "Современные технологии восстановительной медицины" (Сочи, 10-15 мая 2005 г.), Всероссийской научно-практической конференции "Природные факторы и социальные условия успешности обучения" (Санкт-Петербург, 10-14 июня 2005 г.), IX Международной конференции АСВОМЕД "Высокие технологии восстановительной медицины: профессиональное долголетие и качество жизни" (Сочи, 13-19 мая 2006 г.), Международной научно-методической конференции "Опыт, проблемы, перспективы и качество высшего инженерного образования: роль физической культуры, спорта и здоровьесберегающих технологий в подготовке специалистов" (Белгород, 3-4 октября 2006), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Актуальные аспекты жизнедеятельности человека на Севере" (Архангельск, 16-17 ноября 2006 г.), III Международном симпозиуме под эгидой ЮНЕСКО "Проблемы биохимии, радиационной и космической биологии" (Москва, Дубна, 24-28 января 2007 г.), XII Международном симпозиуме "Эколого-физиологические проблемы адаптации" (Москва, 30-31 января 2007), ХХ Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Москва, 4-8 июня 2007 г.), X Международной конференции АСВОМЕД "Профессиональное долголетие и качество жизни" (Москва, 24-26 сентября 2007 г.), 1-й научно-практической конференции "Сохранение и укрепление здоровья детей и учащейся молодежи в образовательных учреждениях Российской Федерации" (Москва, 8-9 ноября 2007 г.), Международном симпозиуме "Адаптационная физиология и качество жизни: проблемы традиционной и инновационной медицины" (Москва, 14-16 мая 2008).

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано 43 научные работы, в том числе 14 статей в ведущих рецензируемых журналах.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 8 глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 293 страницах, проиллюстрированы 89 рисунками и 13 таблицами. Список литературы включает 392 источника, из них 219 - отечественных авторов, 173 - зарубежных.

Методика исследования