Алгоритм определения комплексной оценки физической работоспособности и подготовленности школьников 11-14 лет

АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И ПОДГОТОВЛЕННОСТИ ШКОЛЬНИКОВ 11-14 ЛЕТ

С.А. Баранцев, И.А. Криволапчук1, А.А. Герасимова, И.И. Криволапчук ФГНУ «Институт возрастной физиологии» РАО, Москва

На основе использования факторного анализа установлено, что физическую работоспособность детей 11-12 и 13-14 лет определяют общие факторы, характеризующих аэробные и анаэробные процессы энергообеспечения мышечной деятельности. Разработана комплексная оценка физической работоспособности детей 11-14 лет, включающая 10 информативных показателей, отобранных в результате факторного анализа и экспертной оценки. Алгоритм определения комплексной оценки физической работоспособности и подготовленности включал 5 основных этапов: выявление информативных показателей, характеризующих работоспособность; разработка шкалы оценок; определение весовых коэффициентов, характеризующих вклад показателя в общую оценку работоспособности; определение итоговой бальной оценки отдельного показателя с учетом весового коэффициента; построение комплексной оценки работоспособности на основе суммирования оценок информативных переменных.

Ключевые слова: физическая работоспособность, двигательная подготовленность, аэробные и анаэробные биоэнергетические процессы, комплексная оценка, школьники

Algorithm of complex assessment ofphysical working ability and readiness in 1114-year old children. The results of factor analysis showed that in 11-12 and 13-14 year old children physical working ability is determined by common factors characterizing aerobic and anaerobic processes of muscular energy supply. There was developed complex assessment of physical working ability in 11-14 year old children. The assessment included 10 indexes selected via factor analysis and expert judgements. The algorithm of complex assessment ofphysical working ability and readiness included 5 main stages: determining factors characterizing working ability; developing assessment scale; determining weight indexes characterizing index contribution to the general work ability assessment; finding out the particular index with the weight index record; determining complex assessment of working ability based on the sum of assessment variables.

Key words: working ability, motor readiness, aerobic and anaerobic processes, complex assessment, school students.

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

В настоящее время не существует единого подхода к разработке комплексной оценки физической работоспособности и двигательной подготовленности человека. Известно, что всесторонне оценить уровень «общей» физической работоспособности можно только после изучения составляющих ее компонентов [2; 5]. Поэтому для измерения различных аспектов работоспособности необходим комплекс тестов, позволяющий определить мощность, емкость и эффективность аэробного и анаэробных энергетических источников при выполнении циклической работы глобального характера [7; 5; 13]. Именно такой подход рассматривается в качестве естественнонаучной основы оценки работоспособности в физическом воспитании детей. При этом ключевой проблемой является выбор из большого числа имеющихся функциональных проб наиболее надежных, информативных и удобных для практического применения тестов [13].

Вышеизложенное показывает целесообразность использования для определения физической работоспособности гетерогенного комплекса аутентичных тестов, дающих возможность изучать не только отдельные системы и функции, но и осуществлять интегративную оценку физического состояния. К сожалению, приходится констатировать отсутствие общепринятой методики комплексной оценки физической работоспособности, позволяющей получать информацию об основных компонентах физического состояния детей в возрастном аспекте.

Целью исследования явилась разработка алгоритма комплексной оценки физической работоспособности и двигательной подготовленности детей 11-14 лет.

ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В исследовании приняли участие дети 11 -14 лет (11-12 лет - п=144, 13-14 лет - п=106), отнесенные по состоянию здоровья к основной медицинской группе. Испытуемые занимались физической культурой по общепринятой программе и не посещали спортивные секции. Исследование проходило в соответствии требованиями Хельсинской декларации.

Физическая работоспособность оценивалась на основе использования комплекса функциональных и эргометрических показателей, отражающих различные стороны физического состояния. В ходе исследования определяли максимальное потребление кислорода (МПК), мощность нагрузки при ЧСС 170 уд/мин (PWCl70), ватт-пульс (ВтП) при стандартной работе, индекс накопления пульсового долга (ИНПД) и предельное время работы (и, t2) при нагрузке «до отказа» мощностью 3 и 5 Вт/кг [7; 14].

На основе уравнения Muller по данным выполнения работы «до отказа» находили величины мощности нагрузок, максимальное время реализации которых составляло 40, 240, 900с ^40, W240, W900), коэффициенты, отражающие емкость аэробного источника (Ь) и степень разнокачественности/гомогенности скелетно-мышечной ткани [13; 14].

Физическая подготовленность определялась по общепринятой методике. В программу ее изучения входили 6 моторных тестов: бег 6 мин; прыжок в длину с места; челночный бег 3х9 м; бег 20 м; поднимание туловища из положения «лежа на спине» за 1 мин; наклон вперед.

Полученный фактический материал обработан общепринятыми методами статистического анализа в пакете Statistica. Определялись статистические характеристики ряда измерений и проводилась проверка статистических гипотез. Для изучения структуры физической работоспособности проводился факторный анализ показателей по методу главных компонент. Экспертная оценка определялась методом предпочтения (ранжирования).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Разработка комплексной оценки физической работоспособности базировалась на основе применения факторного анализа. Наряду с этим отбор информативных показателей осуществляла группа квалифицированных экспертов.

Использование факторного анализа позволило определить ряд ортогональных факторов, характеризующих физическую работоспособность детей 11-12 и 13-14 лет. В результате факторизации матрицы интеркорреляций, в каждой из рассматриваемых возрастных групп, выделились 4 -5 значимых факторов, вклад которых в суммарную дисперсию переменных превышал 70 %. Идентифицированы несколько общих факторов, характеризующих аэробные и анаэробные компоненты работоспособность детей в возрастном аспекте.

В комплекс наиболее информативных параметров физической работоспособности детей рассматриваемых возрастных групп, входили показатели, имеющие высокие весовые коэффициенты в каждом из выделенных факторов и высокие экспертные оценки, которые в ряде случаев значительно расходятся (табл. 1, 2). Алгоритм разработки интегративной оценки физической работоспособности включал следующие этапы:

1) выявление наиболее информативных показателей, характеризующих работоспособность детей;

2) разработка для каждой переменной пятибалльной шкалы оценок (2 -шкала), отдельно для детей 11-12 и 13-14 лет;

3) определение весовых коэффициентов, характеризующих вклад отдельного показателя в общую оценку физической работоспособности;

4) определение итоговой бальной оценки отдельного показателя с учетом весового коэффициента;

5) построение комплексной оценки работоспособности на основе суммирования оценок 10 информативных переменных, выделенных в результате факторного анализа и экспертной оценки. Подобный подход использовался нами для разработки комплексной оценки работоспособности детей 5 -6 лет [8].

Таблица 1

Комплексная оценка физической работоспособности детей 11-12 лет

Показатели Уровень физической работоспособности

низкий ниже среднего средний выше среднего высокий

I II III IV V

МПК, л/мин <1,57 1,57 1,68 1,68 1,92 1,92 2,03 >2,03

Балл 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

РШСш, кгм/мин <353,51 353,5 412,1 412,1 529,3 529,3 587,9 >587,9

Балл 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

ИНПД2Вт/кг, усл. ед. <0,17 0,17 0,39 0,39 0,83 0,83 1,05 >1,05

Балл 2,5 5,0 7,5 10,0 12,5

11, с <164,2 164,2 405,4 405,4 887,8 887,8 1128,9 >1128,9

Балл 2,8 5,6 8,4 11,2 14,0

Коэфф. А, усл. ед. <3,29 3,29 3,86 3,86 4,99 4,99 5,56 >5,56

Балл 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Коэфф. B, усл. ед. <8,64 8,64 9,49 9,49 11,19 11,19 12,04 >12,04

Балл 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

Ш40, Вт/кг <3,99 3,99 4,22 4,22 4,67 4,67 4,89 >4,89

Балл 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

Ш240, Вт/кг <2,46 2,46 2,67 2,67 3,08 3,08 3,29 >3,29

Балл 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0

Прыжок, см <143,2 143,2 150,3 150,3 164,4 164,4 171,5 >171,5

Балл 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5

Бег 6 мин, м <1040,0 1040,0 1113,0 1113,0 1259,0 1259,0 1332,0 >1332,0

Балл 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Таблица 2

Комплексная оценка физической работоспособности детей 13-14 лет

Показатели Уровень физической работоспособности

низкий ниже среднего средний выше среднего высокий

I II III IV V

МПК, л/мин <1,85 1,85 1,98 1,98 2,25 2,25 2,38 >2,38

Балл 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

РШСш, кгм/мин <433,9 433,9 503,0 503,0 641,4 641,4 710,6 >710,6

Балл 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

ИНЩдВт/кг, усл. ед. <0,05 0,05 0,26 0,26 0,70 0,70 0,92 >0,92

Балл 2,8 5,6 8,4 11,2 14,0

Ъ, с <174,6 174,6 527,5 527,5 1233,5 1233,5 1586,5 >1586,5

Балл 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0

Коэфф. А, усл. ед. <4,16 4,16 4,82 4,82 6,13 6,13 6,79 >6,79

Балл 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0

Коэфф. B, усл. ед. <10,38 10,38 11,44 11,44 13,58 13,58 14,65 >14,65

Балл 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0

Ш40, Вт/кг <4,59 4,59 4,81 4,81 5,25 5,25 5,47 >5,47

Балл 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5

Ш240, Вт/кг <3,15 3,15 3,36 3,36 3,77 3,77 3,98 >3,98

Балл 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

Прыжок, см <159,9 159,9 168,0 168,0 184,1 184,1 192,2 >192,2

Балл 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5

Бег 6 мин, м <1148,0 1148,0 1209,8 1209,8 1333,3 1333,3 1395,1 >1395,1

Балл 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0

В результате получена обобщенная оценка, объединяющая такие показатели как время удержания нагрузки 3 Вт/кг, МПК, PWC170, ИНПД после работы большой мощности, коэффициенты «а» и «b» уравнения Muller, W40, W240, результат бега 6 мин и прыжка в длину (см. табл. 1, 2).

Все эти переменные характеризуют аэробные и анаэробные возможности организма в широком диапазоне доступных нагрузок. Это выглядит вполне закономерным, поскольку энергетический потенциал является интегральным показателем физического состояния организма, его можно градуировать и отразить в уровнях соматического здоровья [1].

Выделяли высокий, выше среднего, средний, ниже среднего и низкий уровень физической работоспособности. После учета весовых коэффициентов итоговая шкала комплексной оценки физической работоспособности у детей 11-12 лет приобрела следующий вид: низкому уровню соответствовали значения интегра-тивного показателя < 22 балла; ниже среднего - 22-27; среднему - 28-36; выше среднего - 37-42; высокому - >42. У детей 13-14 лет градации общей оценки работоспособности выглядели следующим образом: низкому уровню соответствовали значения < 22 балла; ниже среднего - 22-27; среднему - 28-35; выше среднего - 36-40; высокому - >40.

Сопоставление ряда показателей функционального состояния, характеризующих его психологические, физиологические и поведенческие аспекты у детей 11-14 лет позволило выявить их ухудшение по мере снижения величины комплексной оценки физической работоспособности. В ряде случаев оптимальные значения показателей функционального состояния наблюдались при средней и выше средней оценках работоспособности. Вместе с тем ведущая тенденция психофизиологических изменений в обследуемых возрастных группах состоит в том, что с возрастанием уровня общей физической работоспособности наблюдается улучшение функционального состояния.

Разработанная в настоящем исследовании на основе факторного анализа большого числа функциональных и эргометрических показателей при участии группы квалифицированных экспертов комплексная оценка физической работоспособности детей 11-12 и 13-14 лет, дает общее представление о функциональных возможностях школьников данного возраста.

В ходе исследования идентифицированы факторы, определяющие структуру физической работоспособности детей в широком диапазоне доступных нагрузок. Показано, что у детей 11-12 и 13-14 лет на фоне сохранения общей структуры физической работоспособности неодинаково распределены вклады рассматриваемых факторов в обобщенную дисперсию выборки, а также физиологические показатели, входящие в состав отдельных факторов и их весовые коэффициенты. Полученные результаты подтверждают представление о том, что биоэнергетические процессы при мышечной деятельности являются важнейшим аспектами, определяющим физическую работоспособность человека на различных этапах онтогенеза [2; 5; 3; 13; 16; 17; 18; 19].

Результаты факторного анализа послужили основанием создания комплексной оценки физической работоспособности и двигательной подготовленности школьников 11-12 и 13-14 лет. Поскольку сегодня не существует единого подхода к разработке обобщенных критериев физической работоспособности детей, предложенный нами алгоритм интегральной оценки рабочих возможностей их организма, позволяющий количественно оценить комплекс биоэнергетических факторов работоспособности, базируется на нескольких подходах, обоснованных ранее в других исследованиях. Согласно этим подходам диагностика физической работоспособности может осуществляться как посредством использования напряженных функциональных нагрузок, так и тестовых систем, позволяющих прогнозировать уровень функциональных возможностей, опираясь на оценку состояния организма в условиях покоя. Подобные формализованные системы оценки физического состояния нашли широкое применение в практике здравоохранения [1; 15], физического воспитания школьников [12], спортивной [2; 6; 10] и оздоровительной [1; 11] тренировки. В частности, созданы оценочные системы, основанные на комплексе клинико-физиологических показателей, дающие возможность определять уровень физического состояния на различных этапах онтогенеза без использования функциональных проб с напряженной физической нагрузкой [1; 11]. Последний подход оправдан в работе с лицами, имеющими отклонения в состоянии здоровья и при отсутствии условий для проведения нагрузочных тестов, тогда как в процессе изучения физического состояния здоровых детей, предпочтение необходимо отдавать прямым методам оценки энергопотенциала организма, характеризующим уровень физической работоспособности индивида. Однако не все функциональные и эргометриче-ские показатели имеют одинаковую значимость для интегральной оценки рабочих возможностей организма [9]. Поэтому, как было отмечено выше, центральной проблемой является выбор из большого числа имеющихся, наиболее аутентичных функциональных проб и моторных тестов [13].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установлено, что физическую работоспособность детей 11-12 и 13-14 лет, определяют общие факторы, характеризующих аэробные и анаэробные процессы энергообеспечения мышечной деятельности детей в возрастном аспекте. Результаты работы подтверждают представление о том, что биоэнергетические возможности являются важнейшим аспектом, определяющим физическую работоспособность и уровень развития кондиционных двигательных качеств детей.

Обоснована комплексная оценка физической работоспособности детей 11-14 лет, объединяющая информативные показатели мощности и емкости энергетических систем, отобранные в результате факторного анализа и экспертной оценки.

Алгоритм расчета комплексной оценки физической работоспособности и подготовленности включал 5 основных этапов: выявление информативных показате-

лей, характеризующих работоспособность; разработка шкалы оценок; определение весовых коэффициентов, характеризующих вклад показателя в общую оценку работоспособности; определение итоговой бальной оценки отдельного показателя с учетом весового коэффициента; построение комплексной оценки работоспособности на основе суммирования оценок информативных переменных. В комплексную оценку вошли следующие показатели: время удержания нагрузки 3 Вт/кг, МПК, PWC170, ИНПД после работы большой мощности, коэффициенты «а» и «b» уравнения Muller, W40, W240, результат бега 6 мин и прыжка в длину.

В зависимости от величины комплексной оценки выделяли высокий, выше среднего, средний, ниже среднего и низкий уровень физической работоспособности.

Работа выполнена при поддержке Российского гуманитарного научного фонда (грант №14-06-00211 а).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Апанасенко Г.Л., Попова Л.А. Медицинская валеология. - Ростов н/Д.: Феникс, 2000. - 248 с.

2. Аулик И.В. Определение физической работоспособности в клинике и спорте. - М.: Медицина, 1990. - 192 с.

3. Белоцерковский З.Б. Эргометрические и кардиологические критерии физической работоспособности у спортсменов. - М.: Советский спорт, 2009. - 348 с.

4. Волков Н.И. Биохимические факторы спортивной работоспособности // Биохимия / Под ред. В.В. Меньшикова, Н.И. Волкова. - М.: Физкультура и спорт, 1986. - 320-330 с.

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

6. Гонестова В.К. Методика комплексного контроля за функциональной подготовленностью спортсменов (циклические виды спорта). - Минск: ИИП «Лого-принт», 1995. -24 с.

7. Карпман В.Л., Белоцерковский З.Б., Гудков И.А. Тестирование в спортивной медицине. - М.: Физкультура и спорт, 1988. - 208.

8. Криволапчук И.А. Энергообеспечение мышечной деятельности детей 5-6 лет и комплексная оценка физической работоспособности // Физиология человека. - 2009. - Т. 35, N 1. - С. 76-87.

9. Левушкин С.П. Физиологическое обоснование физической подготовки школьников 7-17 лет с разными типами телосложения: Автореф. дисс. ... докт. биол. наук. - М., 2005. - 48 с.

10. Мищенко В.С. Функциональные возможности спортсменов. - К.: Здоровья, 1990. - 200 с.

11. Пирогова Е.А., Иващенко Л.Я., Страпко Н.П. Влияние физических упражнений на здоровье и работоспособность человека. - Киев: Зоровье, 1986. -152 с.

12. Романов К.Ю. Организация и содержание уроков физической культуры с оздоровительной направленностью // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. - 2004. - № 1. - С. 6-9.

13. Сонькин В.Д. Развитие мышечной энергетики и работоспособности в онтогенезе. - М.: книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. - 368 С.

14. Сонькин, В.Д., Корниенко, И.А., Богатов, А.А. Способ эргометрической оценки физической работоспособности и описания индивидуальной структуры энергообеспечения мышечной деятельности: Патент РФ на изобретение № 2251967, с приоритетом от 02 июля 2002 г., (заявка № 2002117373, зарегистрировано в Гос.реестре изобретений РФ 20 мая 2005 г.).

15. Управление физическим состоянием организма. Тренирующая терапия / Т.В. Хутиев, Ю.Г. Антомонов, А.Б. Котова, О.Г. Пустовойт. - М.: Медицина, 1991. - 256 с.

16. Inbar O, Bar-Or O. Anaerobic characteristics in male children and adolescents // Med Sci Sports Exerc. - 1986. - 18(3):264-9.

17. Leclair E., Borel B., Thevenet D., Baquet G., Mucci P., Berthoin S. Assessment of child-specific aerobic fitness and anaerobic capacity by the use of the powertime relationships constants // Pediatr Exerc Sci. - 2010. - 22(3):454-66.

18. Riner, W. F., McCarthy, M., DeCillis, L., & Ward, D. S. Relationship of anaerobic to aerobic function in children and adolescents//Medicine and Science in Sports and Exercise. - 1997. - V. 29 (№5), 1528-1534.

19. Van Praagh E. Anaerobic fitness tests: what are we measuring? // Med Sport Sci. -2007. 50:26-45.