Возрастная динамика и адаптационные изменения функционального состояния детей 5-14 лет под влиянием занятий физическими упражнениями

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Возрастная динамика и адаптационные изменения функционального состояния детей 5-14 лет под влиянием занятий физическими упражнениями

03.00.13 - Физиология

Криволапчук Игорь Альлерович

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». физический воспитание школа интеллектуальный

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 (Х), среднеквадратическое отклонение R-R интервалов (RR), 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.