CC BY
62
РЕГУЛЯТОРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ДЕТЕЙ В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД АДАПТАЦИИ К ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ
С.А. Баранцев, И.А. Криволапчук1, М.Б. Чернова, А.А. Герасимова Федеральное государственное научное учреждение «Институт возрастной физиологии» Российской академии образования, Москва
В статье показано, что в начальный период адаптации к образовательной среде регуляторный эффект дозированной физической нагрузки обеспечивается за счет изменения уровня активации центральной нервной системы (ЦНС) через неспецифические структуры потоком афферентных восходящих воздействий. Установлено, что существует оптимальный для реализации умственной и сен-сомоторной деятельности «коридор» неспецифической активации ЦНС, обусловленной физической нагрузкой.
Ключевые слова: функциональное состояние, физическая нагрузка, неспецифическая активация, начальный период адаптации к образовательной среде.
Regulatory influence of physical activity on functional state at the initial stage of children’s adaptation to the educational environment. In the article it is shown that at the initial stage of adaptation to the educational environment the regulating effect of dosed physical activity is provided by the change of activation level of central nervous system (CNS) through nonspecific structures with a stream of ascending influences. To fulfill some mental or sensory motor action there exists an optimum of CNS activation caused by physical activity.
Keywords: functional state, physical activity, nonspecific activation, an initial stage of adaptation to the educational environment.
В настоящее время хорошо известно, что повышение объема двигательной активности вызывает благоприятные изменения функционального состояния (ФС) ЦНС детей школьного возраста. Двигательный компонент, обеспечивающий удовлетворение биологической потребности учащихся в движении, реализацию энергетической стоимости суточного цикла организма, активный отдых рассматривается в качестве доминирующего профилактического средства в режиме дня [1, 22,
17, 11]. Вместе с тем существует теоретическая концепция, в соответствии с которой физические нагрузки (ФН) оказывают оздоровительное влияние на растущий организм только в диапазоне оптимальных величин [22, 29]. Недостаточная, также как и избыточная двигательная активность, приводит к ухудшению ФС ЦНС, отрицательно сказывается на ФС школьников. Оптимальный уровень двигательной активности, наоборот, считается основой формирования специфической
Контакты: 1 Криволапчук И.А.. E-mail: <i.krivolapchuk@mail.ru>
функциональной системы, ответственной за адекватное осуществление учебной деятельности. Во многом это связано с тем, что произвольное или непроизвольное изменение интенсивности тонического напряжения скелетной мускулатуры, являясь важнейшим условием саморегуляции ВНД человека, поддержания высокой работоспособности при напряжённом интеллектуальном труде, способно в широких пределах изменять текущее ФС мозга [12, 13, 24, 15, 5, 4].
Наиболее важно использовать физические упражнения для улучшения ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде. Это связано с тем, что начало обучения, является в социальном, психологическом и физиологическом плане одним из сложнейших этапов в жизни ребенка [11, 14]. Особого внимания заслуживает период «острой» адаптации к школе, характеризующийся выраженным ухудшением ФС ЦНС, напряжением симпато-адреналовой и сердечнососудистой систем, снижением работоспособности и эффективности учебной деятельности [2, 23]. Высокое функциональное напряжение, испытываемое в этот период, и связанное с ним переутомление могут привести к нарушениям физического и психического здоровья детей. В этой связи возникает необходимость профилактики и коррекции неблагоприятных изменений ФС, снижения психофизиологической цены адаптации первоклассников к процессу обучения. Одним из эффективных средств оптимизации ФС детей, как известно, являются адекватно дозированные физические нагрузки. Вместе с тем проблема выявления механизмов воздействия физических нагрузок на психофизиологический статус ребенка в начальный период адаптации к образовательной среде требует дальнейшего анализа.
Целью исследования явилось изучение «срочного» влияния дозированных физических нагрузок на ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде.
ОРГАНИЗАЦИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводилось на 2-8 неделях начала систематического обучения. В нем приняли участие здоровые школьники 6-8 лет (п=95). Дети выполняли ФН разной интенсивности и продолжительности. В состоянии покоя, во время работы, в период восстановления после нагрузки проводили изучение ФС детей. Для определения умственной работоспособности использовался компьютерный вариант методики дозирования работы во времени с помощью корректурных таблиц Анфимова в модификации Института возрастной физиологии РАО [16]. Оценка каждого выполненного задания проводилась по объёму работы (количество просмотренных знаков «А») и продуктивности (коэффициент <^»).
Измерение омега-потенциала (ОП) осуществлялось с поверхности кожи головы с использованием портативной установки для исследования сверхмедленных электрических процессов головного мозга, в отведении лоб-тенар кисти. При анализе динамики ОП учитывали величину исходных его значений. Дифференциро-
вались «коридоры» значений ОП, соотносимые с проявлениями уровня бодрствования [10].
Расчет критериев общего ФС (ОФС) мозга осуществляли по времени простой слухо-моторной реакции. В качестве стимула использовался звук частотой 1000 Г ц интенсивностью 80 дБ над уровнем 0,0002 бара. Звуковые сигналы подавались с интервалом 4-6 с [19]. Проводилось 50-60 измерений времени простой слухомоторной реакции, на основании которых строилась гистограмма его распределения. По результатам ее анализа определялись: функциональный уровень системы (ФУС); устойчивость реакции (УР); уровень функциональных возможностей (УФВ) [8].
Для диагностики настроения использовали методику шкалированной самооценки Дембо-Рубинштейн [21]. Оценку ситуативной тревожности проводили на основе применения восьмицветового теста Люшера [20].
Применялась непрерывная нагрузка равномерной интенсивности продолжительностью до 20-24 минут и ступенчато возрастающая нагрузка с интервалами отдыха. Длительность работы на каждой ступени составляла 2-4 мин., а интервалов отдыха - 5 мин. Интенсивность нагрузки при различных режимах работы составляла 25, 40, 55, 70, 85% индивидуального резерва ЧСС.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Полученные данные свидетельствуют о том, что изменения критериев ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде под воздействием мышечной работы, во многом, зависят от ее интенсивности и продолжительности. На рисунках 1-5 представлены линии тренда, описывающие зависимость рассматриваемых параметров ФС от физиологической интенсивности физической нагрузки (полиномиальная аппроксимация). Видно, что в условиях физической нагрузки изучаемые показатели изменяются неодинаково.
Анализ динамики ФС с учетом мощности используемых нагрузок показал, что увеличение уровня активации, обусловленной мышечной деятельностью, до определённого предела сопровождается позитивными изменениями (р<0,05-
0,001) ФУС, УР, УФВ, А, Q, ОП, Н, СТ. Дальнейшее повышение интенсивности упражнения вызывает увеличение количества ошибок, уменьшение объёма работы и её продуктивности, ухудшение показателей ОФС, снижение настроения и повышение уровня ситуативной тревожности по сравнению с предшествующими ступенями нагрузки.
ФУС, отн. ед.
шчество просмотренных знаков
ЧСС, уд/мин
УР, отн.ед.
ЧСС, уд/мин
Коэффициент продуктивности
Рис. 1. Изменения показателей ФС детей в начальный период адаптации к обучению под влиянием одноразовых
нагрузок различной интенсивности 1 - фоновое состояние (до физической нагрузки); 2 - нагрузка при ЧСС 115уд/мин.; 3 - нагрузка при ЧСС 130 уд/мин.; 4 - нагрузка при ЧСС 155уд/мин.; 5 - нагрузка при ЧСС 170уд/мин.; 6 - нагрузка при ЧСС 185уд/мин. Остальные обозначения см. в разделе «Методика»
В целом, сопоставление физиологической стоимости нагрузок с величиной сдвига показателей ФС, выявило, что самый большой прирост её параметров отмечается при некоторых средних значениях вегетативной активации, составляющих 55-70 % индивидуального пульсового резерва (ЧСС - 130-170 уд/мин).
Полученные результаты согласуются с представлением о существовании оптимального уровня активации ЦНС, обеспечивающего наиболее эффективное выполнение деятельности [26, 27, 3, 28, 6, 9, 25]. Необходимо отметить, что для каждого отдельного параметра ФС имеется свой оптимум активации, обусловленной физической нагрузкой, не совпадающий с оптимумом активации для других переменных. Вместе наблюдается индивидуальный диапазон интенсивности физической нагрузки (коридор продуктивной активации), в рамках которого изучаемые показатели ФС изменяются наиболее существенно. Концепция оптимального уровня активации позволяет объяснить разноречивость литературных данных относительно влияния «острой» ФН на уровень ФС человека. Важно подчеркнуть, что индивидуальные сдвиги большинства изучаемых переменных, представленные в графическом виде, приобретают нелинейную форму, в ряде случаев, близкую к перевернутой и-образной кривой. Иными словами наиболее выраженные изменения, как правило, наблюдаются после средних, непредельных нагрузок.
Таким образом, улучшение ФС у детей в начальный период адаптации к образовательной среде под влиянием дозированных ФН в значительной степени связано со сдвигами в активационном режиме ЦНС.
Анализ изменений рассматриваемых показателей ФС с учетом величины физической нагрузки (рис. 2), позволил установить, что их динамика зависит не только от интенсивности работы, но и от ее продолжительности. Так, наиболее значимое улучшение ФС под влиянием нагрузки мощностью 40 % резерва ЧСС у подавляющего большинства детей наблюдалось после 15-20 мин работы. Сдвиг ФУС, УР, УФВ, А, Q, ОП, Н, СТ составил 5,1, 7,4, 13,4, 16,9, 31,3, 75,4, 5,3, 20,9 % соответственно (р<0,05-0,001). Важно подчеркнуть, что средние значения рассматриваемых переменных существенно увеличивались по отношению к уровню спокойного бодрствования. Исключение составляют показатель ситуативной тревоги (СТ), снижающийся под влиянием физической нагрузки, и значения ОП, изменяющиеся в этих условиях волнообразно.
Нагрузка мощностью 55% резерва ЧСС также вызывала преимущественно положительные сдвиги изучаемых показателей ФС. Сдвиги ФУС, УР, УФВ, А, Q, ОП, Н, СТ составили 7,8, 11,0, 23,5, 29,7 47,3, 103,7, 7,6, 27,5 % соответственно (р<0,05-0,001). Наилучшие изменения происходили после окончания 7-10 мин работы равномерной интенсивности.
Наиболее оптимальные изменения ФС под влиянием мышечной деятельности интенсивностью 70% резерва ЧСС отмечались после 4-6 мин работы. Сдвиг ФУС,
УР, УФВ, А, Q, ОП, Н, СТ составил 8,5, 12,7, 25,1, 22,6, 40,2, 39,2, 9,4, 29,7 % соответственно (р<0,05-0,001).
В период восстановления после ФН мощностью 85 % пульсового резерва ФС в целом улучшалось по сравнению с периодом, предшествующим работе. При этом максимум прироста отмечался под влиянием мышечной деятельности продолжительностью 2-4 мин. Сдвиги ФУС, УР, УФВ, А, Q, ОП, Н, СТ составили 7,4, 9,9, 19,3, 20,5, 20,7, 38,3, 21,6, 8,0, 9,8° % соответственно (р<0,05-0,001).
Индивидуальный анализ сдвигов параметров ФС под воздействием ФН показал, что они происходили как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Направленность динамики в значительной степени зависела от исходной величины ФС. У детей с исходно низкими величинами рассматриваемых показателей ФС после ФН происходило, как правило, их улучшение. При средних, соответствующих базовому уровню значениях ФС в фоне 70-90% случаев наблюдалось увеличение (р<0,001) показателей, а в 10-30% случаев их снижение (р<0,05). По-видимому, изменения различных показателей ФС ограничены определенным функциональным диапазоном. Значения параметров ФС, находящиеся в крайних точках этого диапазона, изменяются в ответ на стимуляцию в одном направлении: либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения.
Результаты исследования согласуются с классическими представлениями о том, что для развития ФС большое значение имеет его исходный уровень, сохраняющий след от предшествующих воздействий, создающий условия для осуществления предстоящей деятельности [6, 9].
Полученные сведения находятся в соответствии с хорошо известным в физиологии «законом исходного состояния», согласно которому система с высоким фоновым уровнем возбуждения реагирует обычно на стимуляцию уменьшением своих параметров, а не их увеличением.
Дальнейший анализ полученных данных показал, что после «острой» физической нагрузки происходят такие изменения рассматриваемых показателей, которые обеспечивают последующее непродолжительное улучшение ФС или его стабилизацию на более высоком уровне. По мере затухания процессов восстановления ФС постепенно приближается к базисному уровню. Следует отдельно отметить, что стабилизация ФС на более высоком уровне характерна для детей с низкими фоновыми величинами изучаемых показателей, тогда как для обследуемых с высокими значениями анализируемых переменных (в состоянии спокойного бодрствования) свойственна слабовыраженная тенденция снижения уровня ФС. Целесообразно подчеркнуть, что с увеличением продолжительности нагрузки по-слерабочие изменения ФС сохранятся более длительно. В целом ярко выраженные следовые процессы после физической нагрузки (интенсивность 50-60 резерва ЧСС, продолжительность 20-24 мин) отмечаются в течение 30-60 минут.
Качество работы
£ 5
-&
#3,5
2 3 4
5 6 7
■ низкий фоновый уровень;
I высокий фоновый уровень.
Рисунок 2. Изменения ФС детей в начальный период адаптации к обучению под влиянием равномерной нагрузки интенсивностью 50-60 % индивидуального резерва ЧСС (линии тренда - полиномиальная аппроксимация).
1 - фоновое состояние (до физической нагрузки); 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответственно 4, 8, 12, 16, 20, 24 мин работы
70
60
50
40
30
20
=1 6,5
6
о 5,5
с 4,5
2 4
3
В контексте исследования необходимо отметить, что имеются убедительные данные, свидетельствующие о зависимости обучения от текущего уровня ФС [6]. В этой связи предпринимаются попытки повышения эффективности обучения посредством поддержания индивидуального оптимального уровня неспецифической активации. Для чего используются различные активирующие или релакси-рующие влияния, в том числе и двигательная активность [28]. Показано, что такая регуляция ФС учащихся даёт возможность проводить обучение в коридоре продуктивной активации, связанной с ориентировочно-исследовательской деятельностью [6].
Срочное оптимизирующее влияние физической нагрузки на ФС детей связано, в значительной степени, с возникновением мощного, периодически меняющего функциональную структуру проприоцептивного притока, обеспечивающего через модулирующую систему мозга формирование оптимального уровня возбудимости высших отделов ЦНС и повышение эффективности коркового контроля над подкорковыми структурами [12, 15, 7].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты исследования свидетельствуют о том, что индивидуально дозированные физические упражнения способствуют «срочной» оптимизации ФС детей в начальный период адаптации к образовательной среде. Важно подчеркнуть, что наиболее существенные положительные изменения физиологических, психологических и поведенческих показателей ФС, происходящие под влиянием физической нагрузки, наблюдаются именно у тех учащихся, которые изначально характеризуются негативным эмоциональным фоном, неоптимальной реактивностью ЦНС, низкой работоспособностью и высоким уровнем вегетативной активации в состоянии спокойного бодрствования.
ВЫВОДЫ
1. В начальный период адаптации к образовательной среде регуляторный эффект дозированной физической нагрузки обеспечивается за счет изменения уровня активации ЦНС через неспецифические структуры потоком афферентных восходящих воздействий.
2. Трансформации уровня активации ЦНС, достигаемые с помощью физической нагрузки, сопровождаются изменениями психофизиологических показателей ФС, что согласуется с представлением о неспецифической активации ЦНС как об универсальном факторе, регулирующем состояние организма.
3. Эффекты влияния физической нагрузки разной интенсивности на ФС детей нелинейны и, в большинстве случаев, описываются и-образной зависимостью. Существует оптимальный для реализации умственной и сенсомоторной деятель-
ности диапазон неспецифической активации ЦНС, обусловленный физической нагрузкой.
4. Целенаправленное использование индивидуально дозированных физических нагрузок в период адаптации к образовательной среде может способствовать созданию благоприятных условий для обучения детей в диапазоне оптимальной активации.
Работа выполнена при поддержке Российского гуманитарного научного фонда (грант № 11-06-00182а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адаптация организма учащихся к учебной и физической нагрузкам / под ред. А.Г. Хрипковой, М.В. Антроповой. - М.: Педагогика, 1982. - 240 с.
2. Безруких М.М. Возрастная физиология (Физиология развития) / М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, Д.А. Фарбер. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. -416 с.
3. Блок В. Уровни бодрствования и внимания / В. Блок // Экспериментальная психология: в 3 т. / под ред. П. Фресс, Ж. Пиаже; пер. с франц. - М.: Прогресс, 1970. - Т. 3. - С. 97-146.
4. Бодров В.А. Психологический стресс: развитие и преодоление - М.: ПЭР СЭ, 2006. - 528 с.
5. Гринберг Дж. Управление стрессом. - СПб.: Питер, 2002. - 496 с.
6. Данилова Н.Н. Психофизиология. - М.: Аспект Пресс, 2000. - С. 324.
7. Ефимова И.В., Будыка Е.В., Проходовская Р.Ф. Психофизиологические основы здоровья студентов. - Иркутск: Иркут. ун-т, 2003. - 124 с.
8. Захарченко М.П. Диагностика в профилактической медицине / М.П. Захарченко, В.Г. Маймулов, А.В. Шабров. - СПб.: МФИН, 1997. - 517 с.
9. Ильин Е.П. Дифференциальная психофизиология. - СПб.: Питер, 2001. -
461.
10. Илюхина В.А. Психофизиология функциональных состояний и познавательной деятельности здорового и больного человека / В.А. Илюхина. - СПб.: Изд
- во Н-Л, 2010. - 368 с.
11. Костяк Т.В. Психологическая адаптация первоклассников. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 176 с.
12. Крауклис А.А., Янсон В.Н. Роль скелетной мускулатуры в саморегулировании нервной деятельности человека при умственной и сенсомоторной нагрузках // Проблемы умственного труда. - М.: МГУ, 1979. - Вып.5. - С. 62-71.
13. Крауклис И.А. Роль познотических упражнений в поддержании стабильности высшей нервной деятельности и оптимального нейроэмоционального напряжения при возрастающей информационной нагрузке / И.А. Крауклис // Пути
нейрофизиологической оптимизации систем организма. - Рига: РМИ, 1985. -С. 87-101.
14. Литвиненко Н.В. Адаптация школьников в критические периоды развития к образовательной среде: автореф. дис. ... д-ра. психол. наук: 19.00.07 ; Поволжская гос. социально-гуманитарная академия. 2009 - Самара. - 49 с.
15. Лобзин В.С., Решетников М.М. Аутогенная тренировка. - М.: Медицина.
- 280 с.
16. Методические рекомендации по физиолого-гигиеническому изучению учебной нагрузки учащихся / под ред. М.В. Антроповой, В.И. Козлова. - М.: АПН СССР, 1984. - 67 с.
17. Нежкина Н.Н., Жданова Л.А., Бобошко И.Е., Ширстов А.М. Психофизическая тренировка в коррекции вегетативной дистонии у детей. - Иваново: ГОУ ВПО ИвГМА МЗ РФ, 2003. - 164 с.
18. Развитие мозга и формирование познавательной деятельности ребенка / Под ред. Д.А. Фарбер, М.М. Безруких. - М.: Изд-во Московского психологосоциального института, 2009. - 432 с.
19. Ратанова Т.А. Психофизиологическое шкалирование. Сила ощущений, сила нервной системы и чувствительность/ Т.А. Ратанова. - М.: Изд-во Московского психолого-социального института, 2008. - 320 с.
20. Собчик Л.Н. Метод цветовых выборов - модификация цветового теста Люшера. - СПб.: Речь, 2006. - 128 с.
21. Стресс и тревога в спорте: междунар. сб. науч. ст. / сост. Ю.Л. Ханин. -М.: Физкультура и спорт, 1983. - 287 с.
22. Сухарев А.Г. Здоровье и физическое воспитание детей и подростков. - М.: Медицина, 1991.- 272 с.
23. Физиология развития ребенка: Руководство по возрастной физиологии / Под ред. М.М. Безруких, Д.А. Фарбер. - М.: Изд-во Московского психологосоциального института, 2010. - 768 с.
24. Эверли Д.С., Розенфельд Р. Стресс - природа и лечение: Пер. с англ. - М.: Медицина, 1985. - 223 с.
25. Greene C.M., Bahri P, Soto D. Interplay between affect and arousal in recognition memory // PLoS One. 2010. - Vol. 5, №7. - P. 1-5.
26. Lindsley D. The reticular system and perseptual discrimination / D. Lindsley // Reticular formation of the brain. - Boston; Toronto. - 1958. - P. 451-470.
27. Malmo R.B. Activation: A neurophysiological demention / R.B. Malmo // Psychol. Rev. - 1959. - Vol. 66, № 6. - P. 367-386.
28. Mangina C.A. Developmental psychophysiology of learning abilities and disabilities: Effective Diagnosis and Treament // Inter.Gourn. Psychophysiology. - 1989. -V.7. - №2-4.- P. 305-311.
29. Physical Activity and Public Health. A Recommendation From the Centers for Disease Control and Prevention and the American College of Sports Medicine // JAMA. - 1995. - Vol. 273, № 5. - Р. 402-407.
