1 Влияние занятий физической культурой на физическое, функциональное развитие, работоспособность и состояние здоровья школьников
1.1 Изменение функций организма детей подросткового возраста
на уроке физической культуры
Уроки физической культуры должны повышать устойчивость организма школьников к физическим нагрузкам и быть направлены на улучшение физического и функционального развития, повышения работоспособности, сохранение и укрепление здоровья учащихся [3].
Медико-биологической основой этих процессов являются физиологические, биохимические и морфологические изменения, возникающие во время занятий физическими упражнениями, а также совершенствование нервной и гуморальной регуляции функций организма учащихся [7].
Одно из основных физиолого-педагогических требований урока физической культуры состоит в получении тренировочного эффекта. В физиологическом отношении тренировочный эффект заключается, прежде всего, в повышении функциональных возможностей различных органов и систем и развитии адаптации организма к физическим нагрузкам.
Физиологическое обоснование нагрузок на уроках физической культуры прежде всего обусловлено необходимостью изучения двигательной деятельности на уроке с учетом интенсивности нагрузок и времени их выполнения, а также оценкой функционального состояния организма в ответ на эти нагрузки. Исходя из этих основных положений, в настоящее время общепринятой является структура урока физической культуры, состоящая из трех взаимосвязанных частей: вводной (подготовительной), основной и заключительной. Продолжительность каждой части урока должна определяться направленностью и характером учебной деятельности, возрастом и полом школьников, их физическим и функциональным развитием. В общеобразовательных школах в соответствии с существующими рекомендациями по проведению урока физической культуры время его каждой части довольно четко регламентировано [2].
Подготовительная часть урока, продолжительностью 8-10 мин, включает ходьбу с построением, бег со средней скоростью и вольные упражнения. Упражнения подготовительного этапа урока направлены на достижение врабатывания организма школьников к основной его части. Врабатывание различных органов и систем осуществляется неравномерно (вначале – быстро, затем медленнее) и неодновременно (гетерохронно) – двигательная система (10–30 с), вегетативные органы (3–5 мин). С физиологических позиций в период врабатывания происходит перестройка нервных и гуморальных механизмов регуляции анимальных и вегетативных систем, формирование необходимого двигательного стереотипа и улучшение координации движений, а также достижение требуемого уровня функций вегетативных органов и систем, оптимально обеспечивающих данную мышечную деятельность [18].
Основная часть урока, продолжительностью около 30 мин, включает бег, ходьбу, прыжки в длину и высоту и направлена прежде всего на развитие быстроты и выносливости. Физиологический интерес состоит в том, что в этой части урока следует ожидать наиболее выраженные функциональные изменения.
Заключительная часть урока (5–7 мин) включает ходьбу, прыжки на двух и одной ноге, бег со средней скоростью, ходьбу с глубоким дыханием. Все упражнения в этой части урока должны выполняться в замедленном темпе, способствуя расслаблению мышц, нормализации функций организма и активизации восстановительных процессов. Заключительная часть урока должна способствовать постепенному переходу от активной мышечной деятельности к обычному двигательному режиму школьника [27].
Как же изменяются функции организма на различных этапах урока? Во время подготовительной части урока функциональные изменения характеризуются преобладанием процессов возбуждения в ЦНС, повышением возбудимости сенсорных, моторных и вегетативных нервных центров, улучшением работы желез внутренней секреции. Все это ведет к усилению функций различных органов и систем и, в частности, проявляется ускорением сенсомоторных реакций, увеличением скорости проведения импульсов по нервным и мышечным волокнам; увеличивается скорость метаболических процессов в мышцах, растет содержание в крови катехоламинов и кортикостероидов, повышается температура тела [25].
Со стороны вегетативных органов и систем отмечаются тахикардия, повышение артериального давления и скорости кровотока, увеличиваются ударный и минутный объемы крови, ее венозный возврат, улучшается микроциркуляция скелетных мышц, миокарда, кожи. Увеличиваются частота и глубина дыхания, минутный объем дыхания, растет коэффициент использования кислорода, повышается количество лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина, отмечается сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и растет кислородная емкость крови, увеличивается потоотделение и др. Физиологический смысл всех этих изменений заключается в переходе различных органов и систем на новый уровень функционирования, оптимальный для конкретной мышечной деятельности [21; 28].
Существующие «Методические рекомендации по проведению урока физической культуры» предусматривают максимальные сдвиги физиологических функций в основной части урока и возвращение их к исходному состоянию в заключительной части. Как показали специальные исследования Ю.С. Ванюшин, (2015) и других специалистов, отмечаются значительные отклонения фактических данных от методических рекомендаций. В частности, было установлено существенное увеличение частоты сердечных сокращений даже в подготовительной части урока (160–180 уд/мин, а рекомендуется увеличение не более, чем в 1,5–2 раза от исходного); иногда в подготовительной части урока изменения функций происходят в сторону увеличения по сравнению с основной; в заключительной части урока показатели не всегда достигают исходных величин [9].
С одной стороны, это свидетельствует о неправильном распределении физических нагрузок, урок не всегда достигает своей цели – повышения выносливости и тренированности, сохранения и укрепления здоровья учащихся. С другой стороны, это указывает на необходимость более глубокой и всесторонней физиолого-педагогической оценки урока физической культуры и внесения соответствующих коррективов в его проведение [17].
Особенности функционирования сердечно-сосудистой и дыхательной систем подростков 13–14 лет. Важное место в адаптации, особенно к физическим нагрузкам, имеет состояние кардио-респираторной (сердечно-сосудистая и дыхательная системы) системы. Кроме того, от состояния данной системы во многом зависит становление остальных систем организма, поскольку, участвуя в процессах развертывания и реализации генетической программы, система кровообращения определяет развитие других систем растущего организма.
Важнейшей системой организма, определяющей физическую и умственную работоспособность детей, является сердечно-сосудистая система. Показателем исходного состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) является частота сердечных сокращений – ЧСС. ЧСС является одним из наиболее лабильных показателей гемодинамики, подверженных значительным изменениям под воздействием экзогенных и эндогенных факторов. Известно, что величина ЧСС непосредственно связана с величиной кислородного долга, коррелирует с максимальным потреблением кислорода.
Отставание в темпах роста туловища подростков 13–14 лет имеет глубокие физиологические последствия и сказывается на динамике развития всех внутренних органов. Так, в этот период замедляется рост сердца, и соответственно его функциональные возможности могут временно отставать от потребностей растущего тела. Тормозится прирост легочных объемов, и соответственно снижаются функциональные возможности дыхательной системы. В первую очередь это сказывается на кислородном снабжении работающих мышц [3].
Ник одной системе организма в подростковом и юношеском возрасте не предъявляется таких высоких требований, как к сердечно-сосудистой. Вес сердца с 10 до 16 лет удваивается, а объем увеличивается примерно в 2,4 раза. Изменяется и сердечная мышца (миокард), становится мощнее, способна выбрасывать в сосуды при сокращении большее количество крови.
В возрасте от 9 до 17 лет ударный объем сердца, т. е. количество крови, выбрасываемое сердцем за одно сокращение, возрастает у мальчиков с 37 до 70 мл, а у девочек – с 35 до 60 мл. Частота сердечных сокращений в покое постепенно снижается. В 15 лет пульс у мальчиков равен 70, а у девочек – 72 уд/мин, к 18 годам уменьшается соответственно до 62 и 70 уд/мин, т. е. становится таким же, как у взрослых. Однако снижение частоты сердцебиений происходит неравномерно, и связано это с темпами роста и полового созревания [23].
Например, в одном и том же возрасте (14 лет) у быстро развивающихся девочек сердечно-сосудистая система работает приблизительно так же, как и у взрослых женщин, а у их сверстниц, отстающих в росте и развитии, характер работы сердца почти такой же, как у младших школьниц. То же наблюдается и у мальчиков. Следовательно, первая особенность системы кровообращения подростка – ее тесная связь с темпами роста и созревания всего организма.
Надо отметить, что в стремительно растущем организме развитие сердечнососудистой системы не всегда успевает за общими темпами развития, а увеличение массы сердца иногда отстает от увеличения массы всего тела. Вот почему иногда у рослых юношей и девушек появляются жалобы на слабость, легкую утомляемость, особенно при физических нагрузках, отмечается склонность к обморокам при перегревании или резком изменении положения тела.
Часто юноши и девушки, стесняясь своей слабости и неловкости, совсем перестают заниматься физической культурой. В результате формируется так называемое капельное сердце, которое, если подросток не начнет вовремя заниматься физкультурой, не увеличится и в дальнейшем.
В развивающейся системе кровообращения часто встречается и несоответствие между просветом сосудов, по которым кровь выбрасывается из сердца, и возросшей емкостью сердца. В связи с этим увеличивается артериальное давление. Так, если у мальчиков и у девочек 10 лет артериальное давление равно 95/55, то к 17 годам оно повышается до 120/65 у юношей и до 115/60 у девушек. Особенностью работы сердечнососудистой системы у подростков является временное нарушение ее нервной регуляции. Это связано с перестройкой деятельности эндокринной и нервной систем и выражается расстройством ритма сердца, повышением или снижением частоты сердцебиений. Глубокие перестройки, происходящие в сердечно-сосудистой системе, повышают риск появления вегето-сосудистых дистоний и подростковой гипертонии. Это необходимо учитывать при определении школьной нагрузки подростков.
Для характеристики работы сердечно-сосудистой системы чаще всего используются показатели пульса и артериального давления. К подростковому возрасту показатель пульса снижается до 80 уд/мин, а у юношей становится таким же, как у взрослых, – 72–75 уд/мин.
Дыхательный акт, состоящий из вдоха и выдоха, имеет две основные характеристики – частоту и глубину. Частота – это количество дыхательных актов в минуту [2].
Так, у подростка 13–14 лет частота дыхания составляет обычно около 18–20 циклов. Прямо противоположную тенденцию возрастных изменений демонстрирует дыхательный объем, т.е. мера глубины дыхания. Он представляет собой среднее количество воздуха, которое поступает в легкие за каждый дыхательный цикл.
Если человек выполняет любую физическую нагрузку, ему требуется дополнительное количество кислорода, соответственно увеличивается минутный объем дыхания. У подростков увеличение минутного объема осуществляется главным образом за счет дыхательного объема, который может увеличиться в несколько раз, а частота дыхания обычно не превышает 50-60 циклов в минуту. Считается, что такой тип реакции системы дыхания более экономичен. По различным критериям эффективность и экономичность внешнего дыхания с возрастом существенно увеличивается. При этом дыхание юношей, как правило, организовано более эффективно, чем у девушек [13].
При выполнении циклической нагрузки ритм дыхания обычно «подстраивается» под ритм сокращения скелетных мышц – это облегчает работу дыхания и делает ее более эффективной. У детей усвоение ритма движений дыхательной мускулатурой происходит инстинктивно без вмешательства сознания, однако учитель может помочь ребенку, что способствует быстрейшей адаптации к такого рода нагрузке.
При выполнении силовой и статической нагрузки наблюдается так называемый феномен Линдгарда – задержка дыхания во время натуживания с последующим увеличением частоты и глубины дыхания после снятия нагрузки. Не рекомендуется использовать тяжелые силовые и статические нагрузки в тренировке и физическом воспитании детей до 13–14 лет, в том числе и по причине незрелости системы дыхания.
Жизненная емкость легких. Суммарная величина резервного объема вдоха, дыхательного объема и резервного объема выдоха составляет жизненную емкость легких (ЖЕЛ) – один из наиболее важных показателей состояния системы дыхания. Для ее измерения используются разнообразной конструкции спирометры, в которые необходимо сделать максимально глубокий выдох после максимально глубокого вдоха – это и будет ЖЕЛ. ЖЕЛ зависит от размеров тела, а потому и от возраста, а также весьма существенно зависит от функционального состояния и физической тренированности организма человека. Величина ЖЕЛ существенно различается у подростков разного телосложения: у брахиморфных типов она сравнительно мала, а у долихоморфных – очень велика. Принято использовать ЖЕЛ в качестве одного из показателей физического развития детей школьного возраста, а также призывников.
Несмотря на свое название, ЖЕЛ не отражает параметров дыхания в
реальных, жизненных условиях, так как ни при каких нагрузках человек не дышит, используя полностью резервный объем вдоха и резервный объем выдоха.
С возрастом все анатомические составляющие системы дыхания увеличиваются в размерах, что и определяет во многом направленность функциональных возрастных изменений. Абсолютные характеристики анатомических просветов трахеи и бронхов, бронхиол, альвеол, общей емкости легких и ее составляющих увеличиваются приблизительно пропорционально увеличению площади поверхности тела. В то же время более высокая интенсивность метаболических, в том числе окислительных, процессов в раннем возрасте требует повышенного поступления кислорода, поэтому относительные показатели системы дыхания отражают значительно большее его напряжение у детей подросткового возраста – примерно до 13 лет. Однако, несмотря на явно меньшую экономичность и эффективность, дыхательная система у детей работает столь же надежно, как и у взрослых. Этому благоприятствует, в частности, большая диффузионная способность легких, т.е. лучшая проницаемость альвеол и капилляров для молекул кислорода и углекислого газа [14].
Недостаточное совершенство нервного аппарата подростка обусловливает возможность нарушения ритма и частоты пульса под влиянием самых различных причин. Обращает на себя внимание значительная приспособляемость и выносливость сердца ребенка 13–14 лет, что особенно проявляется в критические периоды жизни. Одной из важных причин особенностей развития сердечнососудистой системы является отставание в подростковом возрасте роста кровеносных сосудов от роста сердца, что вызывает повышение уровня артериального давления. Это обстоятельство может служить также причиной нередко наблюдающихся у подростков нарушений сердечной деятельности в виде аритмии и тахикардии.
Завершается функциональное созревание мышц и начинается развитие мышечной силы. В центральной нервной системе ослабляются процессы иррадиации и усиливается способность к дифференцировке. Совершенствуются функции двигательного анализатора. Функции сердечно-сосудистой системы становятся совершенными: размеры и вес сердца, кислородная емкость крови, максимальное потребление кислорода достигают величин, характерных для взрослых.
1.2 Особенности физической работоспособности и подготовленности подростков 13–14 лет
Физическая подготовленность является результатом физической подготовки. Уровень физической работоспособности определяется функциональными возможностями целостного организма и сердечнососудистой системой в первую очередь [24].
Перестройка в структуре скелетных мышц не может не сказаться на мышечной работоспособности. Отмечается некоторое увеличение физических возможностей подростков при выполнении циклической работы, особенно в зонах большой и умеренной мощности. На этой стадии полового созревания эффективны тренировки общей выносливости. Однако необходимо помнить, что пубертатные перестройки в организме еще далеки от завершения, и следует соблюдать большую осторожность в наращивании интенсивности и объема тренировочных нагрузок. С другой стороны, тренировка силовых и скоростно-силовых качеств в этот период малоэффективна, и применение таких нагрузок на занятиях физической культурой должно быть ограничено [6].
Пубертатный скачок роста, связанный с резким изменением пропорций тела и удлинением конечностей, приводит обычно к временной дискоординации движений (обычно в возрасте 13–14 лет).
Охрана здоровья детей требует строгого нормирования различных видов их деятельности и правильной организации режима суток. Это не значит, однако, что школьники вообще не должны утомляться. Наоборот, до определённого предела напряжение функциональных систем, временное снижение полноценности функции – утомление – необходимо. Без этого не будет совершенствования функциональных систем, становления нового уровня регулирования, долговременной адаптации учащихся к умственной и физическим нагрузкам [4; 26].
Важно оградить учащихся от чрезмерного утомления, рационально организовать учебные занятия, повысить двигательную активность и обеспечить эффективный отдых.
Исследования, выполненные по нормированию учебной деятельности учащихся, преимущественно – продолжительности самостоятельных учебных занятий по подготовке домашних заданий, показали, что в условиях организации работы, отдыха и питания учащихся, отвечающих требованиям гигиены, наиболее эффективная продолжительность подготовки уроков составляет у учащихся 6–7 классов 2,5 часа. Вместе с тем, 150 минут активной работы с учетом времени перерывов (всего18 минут), являются и предельно допустимой продолжительностью работы, ибо после ее завершения у учащихся регистрировались признаки острого утомления: нарастание произвольных перерывов, падение остроты зрения и электрической чувствительности, низкая умственная работоспособность [13].
Установленные нормативы получили свое подтверждение при физиолого-гигиенической оценке организации обучения и учебной нагрузки школьников в условиях перехода школы на новое содержание образования.
Колебания работоспособности в течение учебных занятий – ее спады, а затем подъемы – связаны с рядом причин. Среди них важную роль играют чередование уроков по степени сложности предмета, использование активных методов преподавания и технических средств обучения, и т. п. [16].
На 5-м уроке у младших школьников и 6-м уроке у старших школьников работоспособность снижена на 50 % по сравнению с 1–2 уроками, поэтому уроки труда, физической культуры, музыки, изобразительного искусства как наиболее легкие следует проводить последними. Изменение уровней показателей умственной работоспособности зависит и от количества уроков, что отчетливо выражено в каждый из периодов учебного года [15].
При шести и даже пяти уроках в конце самоподготовки уровень показателей оказывается на 18–22 % ниже, чем при четырёх уроках. Скорость работы оставалась относительно высокой до конца самоподготовки при 4 уроках и уменьшалась при 6 уроках.
Подъемы и спады показателей от часа к часу занятий в разные периоды учебного года демонстрировали перестройки в функциональном состоянии физиологических систем.
Уроки физической культуры должны повышать устойчивость организма школьников к физическим нагрузкам и быть направлены на улучшение физического и функционального развития, увеличение работоспособности, сохранение и укрепление здоровья учащихся. Медико-биологической основой этих процессов являются физиологические, биохимические и морфологические изменения, возникающие во время занятий физическими упражнениями, а также совершенствование нервной и гуморальной регуляции функций организма учащихся [12].
Одно из основных физиолого-педагогических требований урока физической культуры состоит в получении тренировочного эффекта. В физиологическом отношении тренировочный эффект заключается прежде всего в повышении функциональных возможностей различных органов и систем и развитии адаптации организма к физическим нагрузкам.
Тренировочный эффект возникает, если нагрузка достигает или превышает пороговую величину, которая всегда должна быть выше обычной повседневной (бытовой) нагрузки. Выбирая величину пороговой нагрузки, следует учитывать функциональные возможности организма, возраст и пол школьников. Одна и та же нагрузка может быть выше или ниже пороговой для школьников разного возраста (младший, средний, старший) и разного пола. Для решения различных задач урока (вводная, основная, заключительная) величина пороговых нагрузок также должна быть различной. Из сказанного следует, что для правильного и грамотного проведения занятий педагогу необходимо знать и учитывать целый ряд методических и медико-биологических положений [14].
В соответствии с фазовым протеканием адаптационных изменений тренировочный эффект физических упражнений может быть различным: срочным, отставленным (пролонгированным) и кумулятивным.
Срочный эффект нагрузки проявляется функциональными изменениями в организме во время или вскоре после окончания нагрузок (до 30–60 мин). Главная физиологическая особенность срочного эффекта заключается в том, что он формируется на основе готовых, ранее образованных механизмов регуляции и программ приспособления и характеризуется избыточной активацией различных органов и систем [1].
Отставленный тренировочный эффект наблюдается на поздних фазах восстановления и в физиологическом отношении представляет собой продолжительную деятельность различных органов и систем на повышенном уровне их функционирования. Именно отставленный эффект способствует развитию в организме явлений суперкомпенсации [8].
Кумулятивный эффект возникает как результат последовательного суммирования срочных или отставленных и формируется на основе вновь создаваемых программ и механизмов приспособления. В кумулятивном эффекте возникают изменения, связанные с усилением синтеза нуклеиновых кислот и белков, способствующих развитию долговременной адаптации. Кумулятивный эффект выражается в улучшении физического и функционального развития, повышении работоспособности и вызывает две основные физиологические перестройки:
а) увеличение функциональных резервов организма;
б) повышение экономичности (эффективности) деятельности различных органов и систем [22].
Продолжительность упражнений тесно связана со скоростью их выполнения и определяется характером энергообеспечения. Так, при выполнении упражнений в максимально возможном темпе в течение 3–10 с энергообеспечение осуществляется по креатинфосфатному механизму, при работе от 20 с до 3–5 мин – по гликолитическому (лактатному) и при умеренной нагрузке в течение десятков минут и нескольких часов развертываются аэробные реакции.
Существенное значение имеет продолжительность интервала отдыха между нагрузками. Если нагрузки невелики и отдых между ними достаточен, то школьники работают при аэробном энергообеспечении; если нагрузки большие, а отдых мал – при анаэробном энергообеспечении.
Увеличение числа повторений упражнений в аэробных условиях повышает функциональные возможности кислородтранспортной системы и физическую работоспособность, а при увеличении числа повторений в анаэробных условиях – наступает истощение механизмов энергообеспечения и снижаются функциональные возможности организма [29].
С увеличением возраста школьников, которые регулярно занимаются физическими упражнениями, функции организма и работоспособность улучшаются. С другой стороны, достоверно установлено, что количество занятий физическими упражнениями для адекватного развития организма школьников, предусмотренное существующим ныне учебным планом, недостаточно. В частности, специально выполненными исследованиями школьников разных возрастных групп (7–10 классы) при обычном занятии физической культурой (2 часа в неделю) и дополнительном введении одного внеурочного часа установлено, что у лиц экспериментальной группы были лучшие показатели гемодинамики, внешнего дыхания, энергообеспечения и выше уровень физической работоспособности по данным велоэргометрии. Было также показано, что у школьников в стадии завершения полового созревания как в состоянии покоя, так и при различных физических нагрузках (по сравнению с лицами препубертатного периода) показатели функций организма более экономичны и у них существенно выше работоспособность.
