Функциональное состояние школьников 10–11 лет с высоким и низким уровнем развития общей выносливости

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ШКОЛЬНИКОВ 10-11 ЛЕТ С ВЫСОКИМ И НИЗКИМ УРОВНЕМ РАЗВИТИЯ ОБЩЕЙ ВЫНОСЛИВОСТИ

И.А. Криволапчук1, М.Б. Чернова, С.А. Баранцев, В.В. Мельников, Н.В. Полянская ФГНУ Институт возрастной физиологии РАО, Москва

В работе показано, что дети, характеризующиеся высоким уровнем общей выносливости, отличаются низкой активированностью в условиях спокойного бодрствования и менее выраженными изменениями функционального состояния (ФС) при напряженной информационной нагрузке, повышенной эффективностью реализации когнитивной деятельности, низкой ее «психофизиологической ценой» по сравнению со школьниками, имеющими недостаточную физическую подготовленность.

Ключевые слова: общая выносливость, функциональное состояние, регуляция физиологических функций, эффективность когнитивной деятельности.

Functional state of school children (10-11 years old) with high and low level of development of general endurance. The study showed that children with a high level of general endurance demonstrate low activity when at calm state and less expressed changes of functional state under active information load. They also demonstrate higher effeciency of cognitive activity and its low psychophysiological "costs" in comparison with schoolchildren without sufficient physical development.

Key words: general endurance, functional state, regulation of physiological functions, effeciency of cognitive activity.

Индивидуальные особенности физической подготовленности оказывают существенное влияние на приспособительные возможности человека. Результаты ряда исследований свидетельствуют о том, что адаптационные реакции организма на самые различные социальные и природные воздействия зависят от уровня физической подготовленности [1; 11; 22; 28]. В частности отмечается, что выраженность физиологических изменений при ментальном стрессе обусловливается не только характером стрессора и психологическими особенностями индивида, но и степенью развития кондиционных физических качеств [3; 20; 31].

Одним из важнейших физических качеств, в значительной степени, определяющим резервные возможности и его работоспособность, является общая выносливость [5; 4]. Данное физическое качество играет большую роль в оптимизации жизнедеятельности организма и рассматривается как необходимый компонент физического здоровья человека [9; 8]. Хорошо известно, что адаптация к физическим нагрузкам, направленным на развитие общей выносливости, вызывает повышение мощности и, одновременно, экономичности функционирования доминирующей функциональной системы, ответственной за адаптацию к мышечной деятельности преимущественно аэробной направленности [6; 11; 13]. Эти два основных функци-

Контакты:1 Криволапчук И.А., E-mail: <i.krivolapchuk@mail.ru>

ональных эффекта тренировки выносливости содержат специфические и неспецифические компоненты. Благодаря наличию последних, обеспечивается повышение устойчивости человека не только к физическим нагрузкам соответствующей направленности, но и широкому спектру природных и социальных воздействий.

В ряде работ получены экспериментальные данные о том, что уровень развития общей выносливости и мышечной работоспособности оказывает влияние на развитие информационного и эмоционального стресса [19; 22; 23; 28; 33]. Вместе с тем необходимо отметить, что онтогенетический аспект рассматриваемого вопроса является практически неизученным.

Целью настоящей работы явилось исследование особенностей функционального состояния детей 10-11 лет с высоким и низким уровнем развития общей выносливости при информационной нагрузке различной степени сложности.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании приняли участие практически здоровые дети 10-11 лет (п=148). Родители обеспечили письменное согласие на участие их ребенка в обследовании.

Общую выносливость в процессе исследования определяли на основе оценки результатов выполнения шестиминутного бега и времени удержания «до отказа» нагрузки мощностью 3 Вт/кг. В ходе статистической обработки полученных данных была осуществлена градация всей выборки испытуемых по трем уровням развития кондиционных двигательных способностей. Для этой цели применялась стандартная 2-шкала. Величины, лежащие в пределах М + 0,67 5, соответствовали среднему уровню. Результаты, имеющие более значительные отклонения от средней в сторону увеличения или уменьшения, относились к высокому и низкому уровням.

В качестве модели информационной нагрузки использовали работу с буквенными корректурными таблицами. Обследование осуществлялось в состоянии покоя и в двух режимах работы: 1) автотемп; 2) максимальный темп при наличии «угрозы наказания». Перед выполнением первого задания испытуемым сообщалось, что они должны работать в удобном для себя темпе, а перед реализацией второго - им давалась инструкция, содержащая требование безошибочно работать с максимально возможной скоростью. В качестве «наказания» применялся стандартный набор порицающих замечаний и сильный звук. По результатам выполнения тестового задания рассчитывали объём работы (А) и коэффициент продуктивности ^) [12]. Умственная работоспособность оценивалась также в условиях общеобразовательного учреждения в среду до (Адо, Qдо) и после (Апосле, Qпосле) занятий.

Для оценки степени напряженности регуляторных систем использовали математический анализ сердечного ритма [17]. Реализация метода осуществлялась при помощи автоматизированного комплекса на базе персонального компьютера. Определяли среднюю продолжительность И-И интервала (КИМЫ), моду (Мо), амплитуду моды (АМо), разброс кардиоинтервалов (MxDMn), среднеквадратическое отклонение (SDNN), стресс-индекс ^1). Частота сердечных сокращений (ЧСС) рассчитывалась по 6-секундным отрезкам записи с пересчетом на 1 минуту.

Систолическое (СД) и диастолическое (ДД) артериальное давление крови регистрировали в соответствие с рекомендациями ВОЗ. Применяли адекватную возрасту детскую манжету. Рассчитывали среднее давление (САД), двойное произведение (ДП), вегетативный индекс Кердо (ВИК), индекс Мызникова (ИМ).

Эффективность деятельности оценивали на основании соотнесения результативности работы с величиной вегетативных сдвигов при её выполнении. Для этого определяли такие показатели как Q/ЧСС, Q/SI, Q/ДП, А/ЧСС, Л/81, А/ДП.

Перед выполнением каждого задания у испытуемых с помощью варианта 8-цветового теста Люшера определяли уровень ситуативной тревожности (СТ) и коэффициент вегетативного тонуса (КВТ) [14].

Обработка данных осуществлялась на ЭВМ с использованием стандартной программы в пакете Statistica.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ изменений показателей ФС детей 10-11 лет с высокой и низкой выносливостью в условиях информационных нагрузок различной степени сложности показал, что тестовые задания вызывают у них повышение уровня активации ЦНС, сдвиг вегетативного баланса в сторону преобладания активности симпатического отдела ВНС и стимуляцию системной гемодинамики (рис. 1).

220

165

% 110

55

фон  автотемп  максимальный темп

**—**—**

*

*

К

*

о

Рис. 1. Изменения показателей ФС детей 10-11 лет при информационной

нагрузке

Примечание: фоновые значения показателей, приняты за 100 %; * - достоверность сдвига по сравнению с состоянием спокойного бодрствования

Дифференциальный анализ показателей ФС по уровню развития общей выносливости показал, что индивидуальные особенности физической подготовленности детей 10-11 лет в значительной степени определяют уровень неспецифической активации в состоянии покоя и специфику психофизиологических изменений ФС в условиях тестирующих нагрузок, эффективность переработки информации при реализации когнитивной деятельности в комфортном и максимальном темпе.

Так, различия (р<0,05-0,001) между школьниками с высокими и низкими результатами шестиминутного бега касались 16 показателей, отражающих скорость и качество переработки информации, состояние вегетативной регуляции физиологических функций и эффективность деятельности (табл. 1). Испытуемые с хорошими результатами шестиминутного бега превосходили детей с низкой выносливостью в отношении Аср, Qср, Мо, RRNN, А/ЧСС, А^1 Q/ЧСС, Q/SI и уступали им по величине ЧСС, БІ, КВТ.

Таблица 1

Психофизиологические различия между испытуемыми с высоким и низким уровнем развития общей выносливости

Критерий Показатели

фон автотемп максимальный темп

Бег 6 мин, м Аср, Qср, ЧСС, БІ ЧСС, Мо, БІ, А/ЧСС, Q/ЧСС, А/БІ, Q/SI, ЧСС, RRNN, Мо, КВТ, БІ

Время удержания нагрузки 3 Вт/кг, с Аср, Qср сд, д, д/ЧСС, д/дп СД, А, А^1, Q/ЧСС, Q/ДП

Примечание: представлены показатели, в отношении которых выявлены достоверные межгрупповыеразличия

Сопоставление групп школьников, отличающихся по времени удержания “до отказа” нагрузки мощностью 3 Вт/кг, выявило статистически значимые различия (р<0,05-0,001) между ними в отношении 12 показателей ФС (см. табл. 1). У детей, характеризующихся продолжительным выполнением работы большой мощности, выявлены более высокие значения Аср, Qср, А, О, О/ЧСС, О/ДП и более низкие величины СД, по сравнению с испытуемыми, отличающимися относительно быстрым развитием некомпенсированного утомления.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что тесты, используемые нами для оценки уровня развития общей выносливости у детей 10-11 лет, определяют значимые различия не только в отношении одних и тех же (Аср, Qср, Q/ЧСС), но и, одновременно, разных (СД, Мо, RRNN, 81, КВТ, А/ЧСС, Л^1, Q/SI и др.) показателей ФС. Эта особенность, во-многом, связана с избирательным вовлечением исполнительных компонентов в доминирующую функциональную систему, ответственную за адаптацию к конкретному виду мышечной деятельности [15]. Каждая такая функциональная система объединяет элементы различного уровня, принадлежащие к различным структурным образованиям лишь постольку, поскольку они

способствуют достижению полезного приспособительного результата [2]. Необходимо отметить, что конечный приспособительный результат при реализации шестиминутного бега и работы “до отказа” мощностью 3 Вт/кг характеризуется определенной спецификой. Поэтому для его достижения, в каждом конкретном случае, формируется особая функциональная система, обеспечивающая эффективное выполнение именно данной работы на выносливость. По своей внутренней структуре эта система будет несколько отличаться от других функциональных систем, формируемых для проявления общей выносливости при выполнении других упражнений.

Хорошо известно, что физические нагрузки, направленные на развитие общей выносливости, выполняются в условиях аэробного и смешанного аэробно-анаэробного энергообеспечения, что обусловливает одновременную мобилизацию резервов клеточного, тканевого, органного, системного и организменного уровней [5]. При этом работа на выносливость стимулирует, прежде всего, предельную активность центральных и периферических механизмов регуляции физиологических функций, а также систем транспорта и утилизации кислорода [7; 13; 16].

Важно подчеркнуть, что любой адаптационный процесс всегда включает специфический и неспецифический компоненты. Первый, определяется особенностью физических и информационных характеристик адаптогенного фактора, а второй, обусловливает развитие изменений, наблюдаемых в процессе адаптации, независимо от природы действующего фактора [10]. Повышение мощности и экономичности функционирования доминирующей функциональной системы, ответственной за адаптацию к физической нагрузке, направленной на развитие общей выносливости, также проявляется в общих и специфических адаптационных изменениях. Усиление неспецифических компонентов адаптации, наблюдаемое под влиянием физических нагрузок, по-видимому, проявляется и в условиях напряженной информационной нагрузки.

Сведения о том, что лица с большим уровнем аэробной выносливости демонстрируют менее выраженную психофизиологическую реактивность в процессе реализации напряженной информационной нагрузки, являются относительно новыми. Следует подчеркнуть, что, несмотря на повышенный интерес к физический тренировке и ее потенциальной пользе, опубликованные данные о связи между аэробной подготовленностью и психофизиологическими изменениями ФС при эмоциональном и информационном стрессе, носят очень ограниченный характер. Тем не менее, имеется ряд работ, в которых убедительно показано, что у лиц с высоким уровнем развития аэробных возможностей и общей выносливости, психофизиологическая реактивность в условиях слабого ментального стресса адекватно снижена по сравнению с испытуемыми с низкой физической подготовленностью [18; 33; 32; 22; 23; 24; 27; 28; 30]. Необходимо отметить, что все эти исследования выполнены на взрослых людях, тогда как работы, посвященные изучению рассматриваемой проблемы в онтогенетическом аспекте, встречаются довольно редко. Вместе с тем в них убедительно продемонстрировано, что уровень развития аэробных возможностей и общей выносливости, является важным фактором оптимизации ФС детей и подростков в условиях психологического стресса [21; 25; 29]. Вероятно в основе перекрестного профилактического эффекта адаптации к упражнениям направленным на развитие общей выносливости, проявляющегося в отношении психофизиологических изменений ФС при напряженной информационной

нагрузке, лежит адаптационная перестройка центральных и периферических механизмов регуляции физиологических функций, приводящая к более экономичному функционированию организма в условиях психической напряженности [10; 11; 31]. В частности, существует гипотеза, что физическая активность аэробной направленности повышает пластичность нейронных сетей, регулирующих деятельность симпатической нервной системы. Авторы концепции предполагают, что адекватная индивидуальным и возрастным особенностям занимающихся, регулярная физическая активность уменьшают симпатическое возбуждение, снижая активацию нейронов в тех областях мозга, которые ответственны за регуляцию функций сердечно-сосудистой системы [26].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ изменений показателей ФС школьников 10-11 лет в условиях информационных нагрузок различной степени сложности показал, что тестовые задания вызывают у них повышение уровня активации ЦНС, сдвиг вегетативного баланса в сторону преобладания активности симпатического отдела ВНС и стимуляцию системной гемодинамики.

Установлено, что дети, характеризующиеся высоким уровнем развития общей выносливости, отличаются низкой активированностью в состоянии спокойного бодрствования и менее выраженными изменениями ФС при напряженной информационной нагрузке, повышенной эффективностью реализации когнитивной деятельности, низкой ее «психофизиологической ценой» по сравнению со школьниками, имеющими недостаточную физическую подготовленность.

Дальнейшие исследования рассматриваемой проблемы должны быть ориентированы на изучение влияния уровней развития кондиционных двигательных способностей на динамику показателей ФС организма при напряженных информационных нагрузках в процессе индивидуального развития.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанян Н.А., Баевский Р.М., Берсенева А.П. Проблемы адаптации и учение о здоровье. - М.: Изд-во РУДН, 2006. - 284с.

2. Анохин П.К. Кибернетика функциональных систем: избранные труды. - М.: Медицина, 1996. - 400 с.

3. Бодров В.А. Психологический стресс: развитие и преодоление. - М.: ПЭР СЭ, 2006. - 528 с.

4. Волков Н.И., Осипенко А.А., Несен Э.Н., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности. - Киев: Олимпийская литература, 2000. - 503 с.

5. Давиденко Д.Н. Резервы адаптации организма // Этюды валеологии: Здоровье как человеческая ценность. - СПб: Балтийская педагогическая академия, 1999. - С. 80-86.

6. Коц Я.М. Общие физиологические закономерности занятий физической культурой и спортом // Спортивная физиология. - М.: Физкультура и спорт, 1986. - С. 218-238.

7. Кучкин С.Н. Физиологическая характеристика двигательных качеств // Физиология человека / Под ред. В.И. Тхоревского. - М.: Физкультура, образование и наука, 2001. - С. 338-367.

8. Лях В.И. Двигательные способности школьников: основы теории и методики развития. - Терра-Спорт, 2000. - 192 с.

9. Матвеев Л.П. Теория и методика физической культуры. - М.: Физкультура и спорт, 1991. - 543 с.

10. Медведев В.И. Адаптация человека. - СПб.: Институт мозга РАН, 2003. -584 с.

11. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Адаптация к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. - М.: Медицина, 1988. - 256 с.

12. Методические рекомендации по физиолого-гигиеническому изучению учебной нагрузки / Под ред. М.В. Антроповой. - М.: Изд-во АПН ССР, 1988. - 67 с.

13. Платонов В.Н. Система подготовки спортсменов в олимпийском спорте. -М.: Советский спорт, 2005. - 820 с.

14. Собчик Л.Н. Метод цветовых выборов - модификация цветового теста Лю-шера. - СПб.: Речь, 2006. - 128 с.

15. Судаков К.В. Функциональные системы. - М.: Издательство Российской академии наук, 2011. - 320 с.

16. Швеллнус М. Олимпийское руководство по спортивной медицине. - М.: Практика, 2011. - 672 с.

17. Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2009. - 259 с.

18. Brook S., Long B. Efficiency of Coping with a Real-Life Stressor: A. Multimodal Comparison of Aerobic Fitness // Psychophysiology. - 1987. - Vol. 24, № 2. - P. 355365.

19. Crews D., Landers D. A meta-analytic review of aerobic fitness and reactivity to psychosocial stressors // Med. Sci. Sports Exerc. - 1987. - Vol. 19, № 5. - P. 114-120.

20. Everly G., Latin J. A Clinical Guide to the Treatment of the Human Stress Pesponse. - Springer, 2013. - 486 p.

21. Ferrara L.A., Mainenti G., Fasano M.L., Marotta T. et al. Cardiovascular response to mental stress and to handgrip in children. The role of physical activity // Jpn Heart J. -1991. - Vol. 32, № 5. - P. 645-654.

22. Forcier K., Stroud L.R., Papandonatos G.D. et al. Links between physical fitness and cardiovascular reactivity and recovery to psychological stressors: A metaanalysis // Health Psychol. - 2006. - Vol. 25, № 6. - P. 723-739.

23. Hamer M, Steptoe A. Association Between Physical Fitness, Parasympathetic Control, and Proinflammatory Responses to Mental Stress // Psychosomatic Medicine. -2007. - Vol. 69. - P. 660-666.

24. Klaperski S., von Dawans B., Heinrichs M., Fuchs R. Does the level of physical exercise affect physiological and psychological responses to psychosocial stress in women? // Psychology of Sport & Exercise. - 2013. - Vol. 14, Issue 2, - P. 266-274.

25. Krivolapchuk I. A., Chernova M. B. Physical performance and psychophysiolog-ical reactivity of 7-8 year-old children to different types of exercise // Medicina dello Sport. - 2012. - 65(2). - Р. 173-185.

26. Mueller P.J. Exercise Training And Sympathetic Nervous System Activity: Evidence For Physical Activity Dependent Neural Plasticity // Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology. - 2007. - Vol. 34. - P. 377-384.

27. Reims H.M., Sevre K, Fossum E. et al. Adrenaline during mental stress in relation to fitness, metabolic risk factors and cardiovascular responses in young men //Blood Press. - 2005. - V. 14, № 4. - P. 217-226.

28. Rimmele U., Seiler R., Marti B. et al. The level of physical activity affects adrenal and cardiovascular reactivity to psychosocial stress // Psychoneuroendocrinology. - 2009. Vol. 34. - P. 190-198.

29. Roemmich J.N., Lambiase M., Salvy S.J., Horvath P.J. Protective effect of interval exercise on psychophysiological stress reactivity in children // Psychophysiology. -2009. - Vol. 46, № 4. - P. 852-861.

30. Shulhan D. H., Scher H., Furedy J. Phasic Reactivity to Psycholocigical Stress as a Function of Aerobic Fitnes Level // Psychophysiology. - 1986. - Vol. 23, № 5. - P. 562566.

31. Sothmann M. S. The cross-stressor adaptation hypothesis and exercise training/ Psychobiology of physical activity / Eds. E. O. Acevedo & P. Ekkekakis. - Champaign: Human Kinetics Publishers. 2006. - P. 152-154.

32. Spalding T.W., Lyon L.A., Steel D.H. et al. Aerobic exercise training and cardiovascular reactivity to psychological stress in sedentary young normotensive men and women // Psychophysiology. - 2004. - Vol. 41, № 4. - P. 552-562.

33. Steptoe A., Kearsley N., Walters N. Cardiovascular activity during mental stress following vigorous exercise in sportsmen and inactive men // Psychophysiology. -1993. - Vol. 30, № 3. - P. 245-252.