CC BY
58АЭРОБНЫЕ НАГРУЗКИ КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ КОГНИТИВНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ В ПОДРОСТКОВОМ ВОЗРАСТЕ
УДК/UDC 796.01:612
Поступила в редакцию 03.08.2020 г.
Информация для связи с автором: kapil@yandex.ru
Аспирант Н.А. Овчинникова2
Доктор медицинских наук, профессор Л.В. Капилевич1, 2 3
1 Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск
2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
3 Сибирский государственный медицинский университет, Томск
AEROBiC LOADS TO DEVELOP COGNiTiVE ABILiTIES iN ADOLESCENCE
Postgraduate student N.A. Ovchinnikova2 Dr. Med., Professor L.V. Kapilevich1, 2, 3
1 National Research Tomsk State University, Tomsk
2 National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk
3 Siberian State Medical University, Tomsk
Аннотация
Цель исследования - проанализировать имеющиеся данные о взаимосвязи аэробных физических нагрузок и формирования когнитивных способностей в подростковом возрасте.
Результаты исследования и выводы. Существующие результаты показывают, что регулярные занятия физической активностью, особенно высокой интенсивности, или аэробикой по своей природе могут способствовать успеваемости и различным когнитивным процессам, включая время реакции, торможение и обучение. В то же время целый ряд аспектов остаются невыясненными, в частности когнитивные эффекты нагрузок анаэробного характера и роль факторов загрязнения воздуха. Кроме того, при оценке уровня физической активности необходимо использовать комплексный подход.
Учитывая имеющиеся данные, очевидно, что подросткам требуется уделять больше времени занятиям спортом, особенно интенсивным или аэробным упражнениям, это может не только улучшить их физическое здоровье, но и положительно повлиять на структуру их мозга и его функционирование.
Ключевые слова: подростки, аэробные нагрузки, когнитивные функции.
Annotation
Adolescence is a period of dramatic brain maturation. The malleable brain of a teenager is believed to be particularly susceptible to physical activity and aerobic exercises. Physical exercises have various effects on the brain based on the differential developmental processes that occur in childhood and adolescence, as well as in adulthood. Finally, given the rapid development of the adolescent brain, the impact of exercise on the brain at this critical time can serve as a basis for the development of the nervous and cognitive functions. Objective of the study was to analyze available data on the relationship between aerobic physical loads and cognitive development in adolescence. Results and conclusions. The existing research findings show that regular physical activities, particularly those of high intensity or aerobics, may contribute to the academic progress and various cognitive processes, including reaction time, inhibition, and learning. At the same time, a number of aspects remain unclear, in particular the cognitive effects of anaerobic loads and the role of air pollution factors. In addition, an integrated approach should be used in assessing the level of physical activity. Given the available data, it is evident that adolescents need to devote more time to sports activities, especially intensive or aerobic exercises, which can not only improve their physical health but also positively affect their brain structure and functioning.
Keywords: adolescents, aerobic loads, cognitive functions.
□ и
£ г. CL
4—
О OJ и
CL ' -о с
га
^
О (U .с Н
Введение. Существуют многочисленные свидетельства взаимосвязи физической активности и когнитивной деятельности [5, 8], в частности регулярные занятия физическими упражнениями играют важную роль в сохранении когнитивных функций [14]. Выполнение физических упражнений связано с поступлением в центральную нервную систему сигналов о состоянии мышц, степени их сокращения или расслабления, положении тела и его частей в пространстве, поддержании позы. Вследствие этого изменяется функциональное состояние коры больших полушарий и подкорковых центров, происходит активизация процессов возбуждения и торможения, увеличивается сила и подвижность нервных процессов [11], формируются новые внутри- и межсистемные связи [2]. Существуют данные о положительном влиянии физической активности на успеваемость школьников [1]. Также отмечено, что аэробные упражнения способствуют увеличению скорости обработки информации у детей [8] и более высокой производительности работы мозга [3].
Аэробные нагрузки, в том числе плавание, бег, быстрая ходьба и езда на велосипеде, приводят к улучшению транс-
порта кислорода к клеткам организма. Аэробные упражнения имеют известные преимущества снижения риска сердечнососудистых заболеваний [9], сахарного диабета 2-го типа и специфических видов рака. Кроме того, аэробные упражнения положительно влияют на неврологические и когнитивные функции у детей и пожилых людей [10].
Подростковый возраст - период драматического созревания мозга. Считается, что податливый мозг подростка особенно восприимчив к физической активности и аэробным упражнениям. Физические упражнения оказывают различные воздействия на мозг, основанные на дифференциальных процессах развития, которые происходят в детстве и юности, а также во взрослой жизни. Наконец, учитывая быстрое развитие подросткового мозга, влияние упражнения на мозг в это критическое время может послужить основой для развития нервных и когнитивных функций.
Цель исследования - провести теоретический анализ имеющихся данных о взаимосвязи аэробных физических нагрузок и формирования когнитивных способностей в подростковом возрасте.
50
http://www.teoriya.ru
№11 • 2020 Ноябрь | November
Результаты исследования и их обсуждение. Методы измерения физической активности подростков. Физическая нагрузка у подростков обычно измеряется с помощью самоотчетов, акселерометров или фитнес-тестирования [13]. Проверенные методы самоотчета, такие как вопросники, часто используются для определения типа и интенсивности упражнений и для оценки физической активности за определенный период времени (т. е. день, неделя, месяц, год). Этот метод является финансово выгодным и не вызывает затруднений у участников. Тем не менее результаты являются субъективными. Это привело к завышенной самооценке уровней физической активности у подростков.
Более объективные измерения включают в себя акселерометры для оценки уровней физической активности в течение определенного периода времени (то есть от 7 до 10 дней) или проведение полного теста аэробной физической нагрузки для подростков с максимальным поглощением кислорода (VO2 пик или VO2 max). Эти объективные измерения являются более сложными по сравнению с анкетами, поскольку они требуют специального оборудования, требуют больше времени для сбора и могут быть неудобными или некомфортными для участника. Таким образом, учитывая что каждый метод имеет свои сильные и слабые стороны, исследования часто включают в себя более одного измерения, чтобы лучше охарактеризовать связи между физическими упражнениями и нейрокогнитивными функциями.
Физическая активность, академические успехи и когнитивные способности. В большинстве исследований обнаружена положительная связь между физической активностью, успеваемостью в школе и познавательной деятельностью у подростков [6]. Было установлено, что уровни физической активности положительно связаны с показателями успеваемости, такими как чтение и математические достижения у подростков. Помимо академических оценок все большее число исследований начали связывать аэробные упражнения с более дискретными когнитивными способностями. Исполнительные функции представляют собой набор целенаправленных процессов, включая внимание, планирование, решение проблем, рабочую память и сдерживающий контроль. Эти типы когнитивных процессов важны для академической успеваемости и необходимы для последующего успеха в достижении карьеры и других важных аспектов взрослой жизни. В большой выборке 15-летних было обнаружено, что аэробная тренировка, а не ежедневные модели физической активности от умеренной до активной связана с более быстрым временем реакции и точностью при выполнении задачи «внимание-стоп» и сдерживающий контроль.
Два исследования изучали когнитивные способности у подростков с помощью обычных упражнений в сравнении с контрольной группой. Первое исследование показало, что аэробная нагрузка положительно связана с пространственным обучением у мальчиков старшего возраста (в возрасте от 15 до 18 лет), причем подростки с большей нагрузкой, обучающиеся виртуальному пространственному заданию (виртуальный водный лабиринт Морриса), быстрее, чем их сверстники с меньшей нагрузкой [7]. Второе исследование показало, что подростки при регулярных упражнениях (средний возраст 16 лет) также лучше справляются с заданием по пространственному ассоциативному обучению, а также с тестом торможения (задача «Цветное слово в строупе») и когнитивной гибкостью (задача «Сортировка карт в Висконсине») [12].
В дополнение к похожим исследованиям было проведено несколько экспериментальных исследований на подростках. В течение 4 месяцев на занятиях по физическому воспитанию в случайной выборке из 70 подростков (в возрасте
от 12 до 14 лет) изучалось, как дозировка и тип упражнений влияют на ряд когнитивных навыков, таких как вербальные и невербальные способности, абстрактные рассуждения, а также пространственные и численные способности. Результаты показали, что у лиц, которые выполняли упражнения высокой интенсивности (частота сердечных сокращений выше 120 ударов в мин) в течение 4 дней в неделю, наблюдалось улучшение когнитивных способностей во всех областях по сравнению с подростками, которые занимались физическими упражнениями 2-4 раза в неделю, но без высокой интенсивности, в рамках учебной программы.
Уровень аэробной подготовленности у детей в возрасте 9-10 лет позволяет прогнозировать улучшение пространственной кратковременной памяти через год, когда эти дети приближаются к раннему подростковому возрасту.
Вывод. В целом, отношения между аэробными физическими упражнениями, структурой и функциями мозга и познанием существуют в подростковом возрасте. Учитывая имеющиеся данные, очевидно, что подросткам требуется уделять больше времени занятиям спортом, особенно интенсивным или аэробным упражнениям, это может не только улучшить их физическое здоровье, но и положительно повлиять на структуру их мозга и его функционирование.
Однако целый ряд аспектов данной проблемы остаются неясными. В частности, не выяснена зависимость между дозировкой нагрузки и головным мозгом, а также нейрокогнитивными функциями у подростков. Последние данные также подчеркивают, что анаэробные упражнения могут оказывать свое влияние на мозг и поведение [4], хотя сведений об эффектах таких упражнений гораздо меньше.
References
1. Bass R.W., Brown D.D., Laurson K.R. et al. Physical fitness and academic performance in middle school students // ActaPaediatr. 2013. V. 102. № 8. P. 832.
2. Brunkner P., Khan K. Clinical sports medicine. Sydney: McGraw Hill, 2008. 1013 p.
3. Buck S.M., Hillman C.H., Castelli D.M. The relation of aerobic fitness to stroop task performance in preadolescent children // Med. Sci. Sports Exerc. 2008. V. 40. № 1. P. 166.
4. Cassilhas RC, Lee KS, Fernandes J, Oliveira MG, Tufik S, Meeusen R, de Mello MT. Spatial memory is improved by aerobic and resistance exercise through divergent molecular mechanisms // Neuroscience. 2012. V. 202. P. 309-317.
5. Erickson K.I., Kramer F. Aerobic exercise effects on cognitive and neural plasticity in older adults // Br. J. Sports Med. 2008. V. 43. № 1. P. 22.
6. Esteban-Cornejo I, Tejero-Gonzalez CM, Sallis JF, Veiga OL. Physical activity and cognition in adolescents: A systematic review // J. Sci Med Sport. 2015. V. 18. №5. P. 534-539.
7. Herting MM, Nagel BJ. Aerobic fitness relates to learning on a virtual Morris Water Task and hippocampal volume in adolescents // Behav Brain Res. 2012.V. 233. №2. P. 517-525.
8. Hillman C.H., Castelli D.M., Buck S.M. Aerobic fitness and neurocognitive function in healthy preadolescent children // Med. Sci. Sports Exerc. 2005. V. 37. № 11. P. 1967.
9. Janssen I, Leblanc AG. Systematic review of the health benefits of physical activity and fitness in school-aged children and youth // Int. J. BehavNutrPhys Act. 2010.
10. Kapilevich L.V., Yezhova, G.S., Zakharova A.N., Kabachkova A.V., Krivoshchekov S.G. Brain Bioelectrical Activity and Cerebral Hemodynamics in Athletes under Combined Cognitive and Physical Loading. Human Physiology. 2019. Vol.45, Issue 2. P.164-173.
11. Lalaeva G.S., Zakharova A.N., Kabachkova A.V., Mironov A.A., Kapilevich L.V. Psychophysiological features of cyclic and endurance athletes. TeoriyaiPraktikaFizicheskoyKultury. 2015, Issue 11. P. 73-75.
12. Lee TM, Wong ML, Lau BW, Lee JC, Yau SY, So KF. Aerobic exercise interacts with neurotrophic factors to predict cognitive functioning in adolescents. Psychoneuroendocrinology // 2014. V. 39. P. 214-224.
13. Shiely F, MacDonncha C. Meeting the international adolescent physical activity guidelines: a comparison of objectively measured and self-reported physical activity levels// Ir. Med J. 2009. V. 102. №1. P. 15-19.
14. Wendel-Vos G.C.W., Schuit A.J., Feskens E.J.M. et al. Physical activity and stroke. A meta-analysis of observational data // Int. J. Epidemiol. 2004. V. 33. № 4. P. 787.
№ 11 • 2020 Ноябрь | November
http://www.teoriya.ru
