CC BY
19
УДК 612.172.2
ХРОНОБИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ОПТИМИЗАЦИИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА В СОВРЕМЕНННЫХ УСЛОВИЯХ ОБУЧЕНИЯ
© 2007 г Р.С. Сигида
The differences in adaptation of teenagers to the physical load are studied. This adaptation is connected with the organization of circadine rhytm of general physiological functions deering the school year.
Во всем мире отмечается повышенный интерес к изучению ритмической организации процессов в организме как в условиях нормы, так и патологии. Он обусловлен тем, что ритмы господствуют в природе и охватывают все проявления живого - от деятельности субклеточных структур и отдельных клеток до сложных форм поведения организма. Периодичность - неотъемлемое свойство материи. Феномен ритмичности является универсальным [1].
Факты о значении биологических ритмов для жизнедеятельности живого организма накапливались давно, но только в последние годы начато их систематическое изучение. В настоящее время хро-нобиологические исследования являются одним из основных направлений в физиологии адаптации человека [2 - 8].
Особый интерес представляет проблема индивидуальной организации биологических ритмов у школьников с различной степенью адаптации к учебным нагрузкам (в том числе и физическим).
Хронобиологические исследования у подростков приобретают особую актуальность, так как растущий организм наиболее чувствителен к повреждающим воздействиям и в первую очередь реагирует изменениями ритмостаза [9 - 11]. Наиболее чувствительным индикатором адаптационных возможностей организма являются биологические ритмы и, в частности, циркадианные ритмы (ЦР) [12, 13].
Весьма важной выглядит необходимость учета ЦР при построении спортивной тренировки, где используются высокоинтенсивные физические нагрузки, обусловливающие выраженные физиологические сдвиги в организме [14 - 16].
Актуальность исследования проблем, связанных с возможностью использования ЦР для оптимизации учебно-тренировочного процесса у школьни-
ков обусловлена и тем, что в настоящее время все еще сохраняется тенденция наращивания учебных нагрузок без учета функционального состояния организма, что требует поиска новых путей совершенствования учебно-тренировочного процесса. Важно отметить, что учет биологических ритмов, в частности, ЦР, может служить основой наиболее рационального учебно-тренировочного режима, что требует прежде всего изучения ЦР как биологической закономерности, а также глубокого последующего исследования их взаимосвязи с личной деятельностью человека.
С помощью диагностического прибора (МИР-05М) нами изучались циркадианные колебания основных показателей вариационной пульсометрии (ВПМ): моды (Мо), амплитуды моды (АМо), вариационного размаха (АХ), индекса напряжения (ИН).
К исследованию были привлечены, с их согласия, учащиеся 13-14 лет двух учебных заведений г. Ставрополя с принципиально различными программами обучения, т. е. с различными нагрузками на организм школьника в течение учебного дня: ученики гимназии № 30 с математическим уклоном, не занимающиеся в спортивных секциях, и учащиеся школы-интерната спортивного профиля (ШИСП). В каждой из исследуемых групп было по 20 человек мужского пола.
Эксперимент продолжался в течение годичного цикла обучения подростков. Обследование проводили в сентябре, декабре, марте, июне. На каждом из этапов эксперимента нами проведены измерения следующих параметров (5 раз в течение суток: в 830,
11-30, 13-00, 15-00, 17-00 ч): систолического (САД) и диастолического артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС) на лучевой
артерии, динамометрии (ДМ) левой и правой кисти, регистрация показателей ВПМ.
Значения ЧСС, АД, ДМ, ВПМ подвергались обработке с помощью косинор-анализа. Расчеты выполняли на персональном компьютере по программе, разработанной в соответствии с алгоритмом процедуры косинор-анализа. Результаты подверглись компьютерной вариационно-статистической обработке.
Анализ ЦР ЧСС у учащихся спортивного интерната и гимназии показал, что форма хронограмм ЧСС у них различается (подъем в послеобеденные часы у гимназистов, максимум в утреннее время у спортсменов). Акрофаза ритма по данным косинор-анализа у учеников спортивного интерната приходится на более поздние утренние часы, тогда как у учащихся гимназии акрофаза ЧСС выпадает на вечерние и ночные часы.
У гимназистов средний уровень АД выше, чем у спортсменов. При этом сам ЦР был плохо организован. У учащихся гимназии наблюдались сезонные изменения с подъемом средних значений АД в марте и снижением к июню. Характер изменений ЦР АД у гимназистов выявил нарушения данного ритма на протяжении годичного цикла, тогда как у учеников спортивного интерната он оставался стабильным.
Анализ показателей ДМ показал, что у гимназистов средние показатели ДМ ниже, чем у спортсменов, а различие в силе жима левой и правой рук минимально. Зарегистрирована меньшая амплитуда циркадианных колебаний мышечной силы. Коси-нор-анализ показывает наличие устойчивого ЦР у учеников интерната. У гимназистов ЦР показателя мышечной силы нестабилен, а иногда он отсутствовал. Наибольшие показатели ДМ как правой, так и левой руки у гимназистов отмечены в сентябре со снижением к июню. У спортсменов же максимальные значения наблюдались в июне, а минимальные в декабре.
При изучении суточной динамики ВПМ установлено наличие ЦР основных показателей: Мо, АМо, АХ и результирующего - ИН. Обращает на себя внимание разная направленность миграции акрофазы ЦР Мо в исследуемых группах в течение учебного года. У гимназистов акрофаза ритма смещалась с утренних (сентябрь) на полуденные (декабрь, март) и вечерние часы (июнь). У учащихся спортивного интерната - с ночных часов (сентябрь, декабрь) на вечерние (март, июнь).
Анализ ЦР ВПМ у учащихся спортивного интерната и гимназии выявил, что у спортсменов ЦР Мо стабилен вне зависимости от сезона с максимальными значениями в утренние часы. У гимназистов ЦР Мо изменялся в зависимости от сезона, на каждом из этапов эксперимента. Сезонный максимум значений Мо у спортсменов в июне, а у гимназистов — в сентябре.
Важно подчеркнуть, что у спортсменов акрофа-за ЦР АМо приходилась на утренние часы, а у уча-
щихся гимназии - на вечерние. Направленность миграции акрофазы ритма в течение учебного года была одинаковой в обеих группах испытуемых. Наблюдалось смещение ее на более поздние часы (у учащихся интерната на обеденное время, у гимназистов - на более поздние вечерние часы). Интересно и другое, миграция акрофаз ритмов АМо и Мо в течение учебного года у гимназистов была одинаково направленной. При этом происходило сближение акрофаз ЦР АМо и ЦР Мо. У учащихся спортинтерната смещения акрофаз этих ритмов происходило в разных направлениях по отношению друг другу.
Сезонный максимум значений АМо у спортсменов и гимназистов в июне, но на протяжении года у спортсменов он стабилен, а у гимназистов идет его нарастание с сентября к июню.
Дискоординация сезонных изменений ЦР основных показателей ВПМ (Мо, АМо и АХ) привела к тому, что ЦР результирующего расчетного показателя - ИН Баевского у гимназистов выявлялся только в сентябре и марте.
Оценка динамики ИН у спортсменов показала устойчивость суточных ритмов на различных этапах исследования с максимумом в 11-30 ч, у учащихся гимназии минимальные величины ИН приходились на утренние часы (8-30) с плавным повышением к 17 ч.
По данным косинор-анализа у учащихся спортивного интерната акрофаза ритма ИН на протяжении всего учебного года приходилась на утренние часы с незначительными колебаниями амплитуды в различные сезоны. Так, в сентябре акрофаза ритма ИН отмечена в 8 ч 25 мин, в декабре и марте - 8 ч 25 мин утра, июне - 8 ч 15 мин.
Данные косинор-анализа у учеников гимназии показали наличие достоверного ЦР ИН лишь в сентябре и июне. Акрофаза приходилась на вечернее время: сентябрь — в 22 ч; июнь - 19 ч 50 мин.
При сезонной оценке среднесуточных значений ИН было обнаружено меньшее его значение у спортсменов в сентябре 115,0±4,3. Затем ИН плавно повышался в зимние месяцы. Наибольшие его значения установлены в марте - 121±4,8.
У гимназистов средние значения ИН были значительно выше (при р<0,05), чем у спортсменов. Наибольший подъем средних суточных значений ИН наблюдался в марте - 161±7,5 у.е., а минимальное значение в декабре - 130,0±6,4 у.е.
Таким образом, сравнительный анализ ЦР ИН у учащихся спортивного интерната и гимназии выявил, что у гимназистов выше среднесуточные значения ИН с достоверным повышением на протяжении всего дня и достижением пика в вечерние часы. По данным хронограмм, показатели ИН у спортсменов изменялись с устойчивым ритмом в течение суток, с повышением в часы активной жизнедеятельности и снижением к вечеру.
Изучение особенностей синхронизации ЦР изучаемых показателей у учащихся спортивного ин-
терната и гимназии показало, что в сентябре у учащихся спортивного интерната ЦР изучаемых показателей достаточно хорошо синхронизованы между собой. При этом наблюдается последовательное расположение акрофаз. Акрофаза ЧСС приходилась на 9 ч утра. Затем наблюдался пик САД в 11 ч 30 мин. Акрофаза ЦР ИН обнаруживается несколько раньше - в 8 ч 30 мин, утром же установлены максимальные значения мышечной силы.
Циркадианные колебания ЧСС, АД, и ИН остаются синхронизованы у учащихся спортивного интерната друг с другом и с ритмом мышечной активности на протяжении всего учебного года.
Анализ циркадианной организации значений ЧСС, САД, ИН, ДМ у учеников гимназии показал, что изначально их ритмы рассогласованы: уже в начале учебного года у этих подростков отмечались явления десинхронизации. В частности, акро-фаза ИН, подъем которого свидетельствует о повышении симпатического тонуса, приходится на поздние вечерние часы (22 ч). В свою очередь ак-рофазы ЦР ЧСС и САД приходятся на ранние утренние часы (6 ч). Акрофаза ЦР ИН рассогласована по фазе и с ритмом мышечной активности.
Таким образом, подростки, обучающиеся в гимназии, даже после летнего отдыха начинают учебный год с признаками десинхронизации ЦР. На последующем этапе исследования (декабрь) выявляется еще более выраженное временное рассогласование суточной организации функций.
В марте нарушения ритмостаза становятся еще сильнее. При этом наблюдается рост средних значений АД, с акрофазой ЦР в 10 ч 45 мин. Пик значений ЧСС приходится на раннее утро (5 ч). ЦР ИН и ДМ не обнаруживаются. В июне указанные изменения организации ЦР у гимназистов в принципе сохранялись.
Выполненное исследование показало, что подростки из гимназии - это группа испытуемых с низким уровнем адаптации к учебно-тренировочным нагрузкам, а учащиеся спортивно -го интерната - отличаются, напротив, хорошей адаптацией. Сравнительная оценка у них организации циркадианных колебаний показателей некоторых физиологических функций выявляет нестабильность течения ритмов у гимназистов и хорошую организацию циркадианной периодичности у юных спортсменов. При этом дезорганизация ритмов у учащихся гимназии нарастает в течение учебного года, а у учащихся спортинтерната цир-кадианная периодичность функций еще больше оптимизируется. Поскольку гимназистов отличает, несмотря на проведение уроков физической культуры в рамках образовательной программы, явная гипокинезия, а учащиеся спортивного интерната занимаются правильно организованными тренировками, можно считать, что двигательный режим является важнейшим фактором, определяющим формирование циркадианной организации функций.
Анализ циркадианной динамики показателей ВПМ обнаруживает смещение акрофаз ЦР на вечерние часы у учеников гимназии, что указывает на нарастающее напряжение механизмов регуляции сердечного ритма. В течение учебного года дезорганизация ЦР у гимназистов нарастает. Следует особо отметить у учащихся гимназии повышение АД в марте, совпадающее с выраженным увеличением ИН.
Изучение синхронизации ЦР различных физиологических функций, оценка их последовательного развертывания во времени показывает, что у учащихся гимназии наблюдается внутренний и внешний десинхроноз уже в начале учебного года. В течение сезонного цикла проявления десинхроноза у гимназистов усиливались. У учащихся спортивного интерната ЦР были достаточно четко синхронизованы друг с другом. В утренние часы наблюдалось повышение симпатических влияний на сердечный ритм, одновременно происходило повышение АД и увеличение величины показателей динамометрии. Подобное течение ритмов соответствует нормальной организации суточной периодичности [17] и вполне отвечает динамике учебной деятельности.
Очевидно, что необходимо пересматривать двигательный режим у учащихся гимназии. Критерием эффективности в этом случае может быть оптимизация ЦР. Последний целесообразно использовать для управления индивидуальным тренировочным процессом у спортсменов.
Литература
1. Комаров Ф.И. и др. Хронобиология и хрономедицина. М., 2000.
2. Aschoff J. // Handb. Behav. Neurobiol. Vol. 4. New York; London, 1981. Р. 475-487.
3. Чернух А.М. // Хронобиология и хронопатология: Тез. докл. на Всесоюз. конф. М., 1981. С. 1-3.
4. Комаров Ф.И., Моисеева Н.И. // Физиология человека. 1983. Т. 9. № 6. С. 1011-1022.
5. Агаджанян Н.А. и др. Хроноструктура репродуктивной функции. М., 1998.
6. Батурин В.А. Хронобиологические аспекты фармакоди-намики антидеприссантов: Дис. ... д-ра мед. наук. Ставрополь, 1992. С. 21-25.
7. Батурин В.А. и др. // Эколого-физиологические проблемы адаптации: Материалы Х1 междунар. симп. М., 2003. С. 50-52.
8. Арушанян Э.Б. Хронофармакология. Ставрополь, 2000.
9. Халберг Ф. Временная координация физиологических функций. Биологические часы: Пер. с англ. М., 1964. С. 475-509.
10. Баевский Р.М. Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии. М., 1979.
11. Батурин В.А. и др. // Вестн. Ставроп. гос. ун-та. 1999. № 19. С. 81-87.
12. Федорова О.И. Циркадианные ритмы человека в субэкстремальных условиях среды (пустыня и высокогорье): Автореф. дис. ... д-ра биол. наук. Новосибирск, 1997.
13. Березкин М. Ю. // Хронобиология и хрономедицина. М., 2000. С. 102-114.
14. Фарфель В.С. Физиология спорта. Физкультура и спорт. М., 1960.
15. Язвиков В.В. и др. // Молекулярные и субклеточные 17. Ашофф Ю., Вивер Р. // Биологические ритмы. М., 1984. механизмы адаптации к спортивной деятельности. М., 1979. Т. 1. С. 362 -388.
С. 75-89.
16. Виру А.А. Гормональные механизмы адаптации и тренировки. Л., 1981.
Ставропольский государственный университет_6 декабря 2006 г.
