Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 13
1.1. Адаптация к учебной деятельности школьников разных условий обучения 13
1.1.1. Общие закономерности адаптации организма 13
1.1.2. Влияние условий среды на формирование и развитие функций организма и адаптацию обучающихся 18
1.1.3. Состояние здоровья обучающихся как один из критериев адаптации к учебной нагрузке 19
1.2. Функциональные состояния в оценке адаптации к учебной деятельности 23
1.2.1. Общие представления о функциональном состоянии 23
1.2.2. Состояние умственного утомления 29
1.3. Диагностика функциональных состояний 36
1.3.1. Нейродинамические показатели в оценке функционального состояния 36
1.3.2. Вегетативные показатели в оценке функционального состояния 41
1.3.3. Субъективные показатели функционального состояния 44
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 48
2.1. Характеристика объекта исследования и организация наблюдений 48
2.2. Методы психофизиологического, физиологического и психологического исследования 49
2.2.1. Методы психофизиологического исследования 49
2.2.2. Вариабельность сердечного ритма 51
2.2.3. Методы психологического исследования 53
2.2.4. Методы статистической обработки экспериментального материала 54
ГЛАВА 3. Результаты собственных исследовании 56
3.1. Особенности организации учебного процесса и режима дня подростков лицея и общеобразовательной школы г.Тамбова 56
3.2. Состояние физиологических систем у подростков разных условий обучения 58
3.2.1. Особенности максимальной частоты движений у подростков разных типов и профилей бучения 58
3.2.2. Время реакции в оценке состояния физиологических систем учащихся 61
3.2.3. Исследование фоновой моторики у подростков разных условий обучения 70
3.2.4. Лабильность нервной системы, ее психологические и физиологические корреляты ;. 71
3.3. Психологические особенности подростков разных условий обучения 79
3.3.1. Субъективная оценка своего состояния школьниками разных технологий обучения 79
3.3.2. Исследование психоэмоционального состояния методом цветовых предпочтений 81
3.4. Механизмы регуляции сердечного ритма у подростков разных условий обучения 83
3.4.1. Особенности регуляции сердечной деятельности подростков разных типов и профилей обучения 83
3.4.2. Индивидуальные особенности механизмов вегетативной регуляции у подростков разных условиях обучения 92
ГЛАВА 4. Обсуждение результатов исследования 99
Заключение 119
Выводы 122
Практические рекомендации 124
Список использованных источников 125
- Состояние здоровья обучающихся как один из критериев адаптации к учебной нагрузке
- Вегетативные показатели в оценке функционального состояния
- Время реакции в оценке состояния физиологических систем учащихся
- Особенности регуляции сердечной деятельности подростков разных типов и профилей обучения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Функциональное состояние является интегративной характеристикой человека с точки зрения эффективности выполняемой им деятельности. Изучение функционального состояния организма человека имеет как общетеоретическое, так и практическое значение (Е.П.Ильин, 1978; Э.А. Голубева, 1980; А.Б Леонова, В.И.Медведев, 1983; Е.Н.Соколов, 1987; Ф.Б. Березин, 1988; В.Н.Кирой, 1989; Н.Н. Данилова, 1992; В.И. Медведев, 1993; P.M. Баевский, 1997).
Проблема изучения функциональных возможностей организма учащихся и состояния их здоровья является весьма актуальной в связи с внедрением новых форм обучения на современном этапе модернизации системы образования. Особое внимание исследователей вызывает вопрос о связи закономерностей регуляции функций организма и условий обучения (т.е. типа школ, интенсивности учебной нагрузки, профиля обучения). Выявление механизмов формирования адаптационного процесса организма обучающихся приобретает особую значимость в условиях учебных учреждений нового типа, предусматривающих повышение интенсивности интеллектуальной деятельности, а также введение профильного обучения.
В физиолого-гигиенических исследованиях, проведенных в последние годы, показано, что воздействие учебных нагрузок с высоким уровнем психоэмоционального и интеллектуального напряжения, интенсификация учебного процесса, повышение требований к объему и качеству знаний отрицательно влияют на функциональные возможности организма учащихся и приводят к снижению адаптационных резервов (В.П. Казначеев, P.M. Баевский, А.П. Берсенева, 1980; А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова, Д. А. Фарбер, 1990; О.Г. Чароян, 1996; М.В.Антропова, Г.Г. Манке, Г.В. Бородкина, 1997; М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, 2002). В ряде работ были исследованы отдельные показатели, свидетельствующие о неблагоприятной динамике функционального состояния организма у старшеклассников лицеев и гимназий (Б.О. Аджелян, 1987; В.В.Алферова, 1988; Н.П. Гребняк, 1999; Э.Р. Валеева, 2003). Вместе с тем, следует отметить, что большая часть
представленных в литературе исследований по обозначенной проблеме имеет либо морфофункциональный уклон (В.Н.Матвеева, 1991; Н.Н.Суханова, 1999; СП. Левушкин, И.Б. Чмиль, 2002), либо адресована младшему и среднему школьному возрасту (В.В.Давыдов, 1986; Г.И. Палеев, 1996; Л.А.Жданова, Г.В. Руссова, 1999; Л.Р.Аветисян, 2001). В то же время в имеющихся работах недостаточно освещено состояние физиологических функций организма учащихся старшего школьного возраста, обучающихся в профильных классах инновационных учебных учреждений по программам углубленного изучения ряда предметов. Кроме того, существуют лишь единичные исследования комплексного характера, показывающие закономерности регуляции функций организма обучающихся, при этом отсутствуют комплексные работы, изучающие функциональное состояние старшеклассников профильных классов инновационных учебных учреждений с углубленным изучением ряда предметов, в частности естественно-математического и гуманитарного блока, что еще раз подчеркивает актуальность настоящего исследования.
Известно, что эффективность адаптационного процесса зависит от многих условий, в том числе от функционального состояния организма. Поиск причин, приводящих к напряжению и перенапряжению адаптационных механизмов, невозможен без учета многокомпонентной природы этого процесса. Многоуровневая функциональная система адаптации формируется при взаимодействии и взаимовлиянии психологических и физиологических компонентов приспособительных реакций, которые определяются соотношением двух целей адаптации - сохранности гомеостаза и выполнения задач деятельности (В.И. Медведев, 1998). В связи с этим очевидна необходимость использования комплексного подхода. Использование методов физиологической и психологической диагностики в комплексе для выявления функционального состояния организма и динамики его изменений позволяет дать прогностическую оценку успешности деятельности, «физиологической стоимости» этой деятельности, вероятности развития пограничных состояний
между нормой и болезнью (Г.М. Зараковский, В.И. Медведев, Н.А. Разыграева, 1997).
В сложной иерархии структур, реализующих адаптационный процесс,
важнейшая роль принадлежит центральной нервной системе. Чем выше
уровень функциональной деятельности ЦНС, зависящей в значительной
степени от развития ее адаптационно-регуляторных механизмов, тем больше
возможности организма (Ю.А.Александровский, 1986). Тонкими и
надежными индикаторами адаптации являются показатели состояния
сердечно-сосудистой системы, от которых зависят особенности
формирования адаптационного психовегетативного комплекса
(А.Д. Ноздрачев и др., 2001; P.M. Баевский, 2002). Интенсивные учебные нагрузки сопряжены с определенным психическим состоянием, которое отражает уровень нервно-психического напряжения, повышающегося в условиях дефицита времени, при предъявлении повышенных требований к качеству и объему результатов деятельности (Ф.Б. Березин, 1988).
Для комплексной оценки функционального состояния человека прогностическими являются нейродинамические, вегетативные и психологические показатели, объективность и информативность которых общеизвестна (А.А.Ухтомский, 1952; Н.В.Макаренко, 1991; Н.Н.Данилова, 1992; СР. Иванченко, 1994; P.M. Баевский, 1999; А.Д. Ноздрачев, 2001).
Изучение закономерностей регуляции физиологических систем в вариативных условиях образовательной среды является одним из ключевых вопросов физиологии, требующих дальнейшего разностороннего и глубокого анализа.
Цель исследования. Целью настоящего исследования явилось изучение закономерностей регуляции функций организма подростков разных условий обучения.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
1. Выявить закономерности адаптации подростков к учебным нагрузкам разной интенсивности.
Проанализировать нейродинамические показатели у подростков разных типов и профилей обучения, определить исходные различия функционального состояния ЦНС, а также характер вовлечения этих параметров в ответ на умственную нагрузку.
Установить характерные особенности вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы у подростков разных условий обучения в исходном состоянии и после выполнения умственной нагрузки.
Дать оценку состоянию организма подростков разных технологий обучения с позиции особенностей их функционального состояния и состояния здоровья.
Провести сравнительный анализ психоэмоционального состояния подростков, обучающихся в профильных классах лицея и общеобразовательных классах школы, и его динамики на предъявление умственной нагрузки.
Исследовать индивидуально-типологические особенности функционального состояния подростков разных условий обучения.
На основании изучения закономерностей регуляции функций организма разработать рекомендации, направленные на прогнозирование риска неблагоприятных воздействий образовательной среды.
Научная новизна исследования. Впервые установлены закономерности регуляции нейродинамических, психофизиологических и вегетативных функций в их совокупности у учащихся 10-11 классов математического и гуманитарного профилей и их динамика при моделировании ситуации интенсивной умственной деятельности.
Показано, что нейродинамические процессы существенно различаются у учащихся 10-11 классов и зависят от условий обучения. Обнаружена связь между показателями лабильности нервной системы, физиологическими характеристиками организма и психологическими особенностями подростков.
Выявлены закономерности адаптации учащихся 10-11 классов разных типов и профилей обучения к учебной деятельности разной интенсивности и специализации с позиции функционального состояния и состояния здоровья.
3. Доказано, что в оценке адаптации организма подростков к разным типам и профилям обучения целесообразен индивидуальный подход, учитывающий типы вегетативной регуляции сердечного ритма и нейродинамические особенности.
Теоретическая значимость исследования. В теоретическом отношении полученные результаты расширяют имеющиеся представления о закономерности изменения функционального состояния учащихся в зависимости от типа и профиля обучения, позволяют выявить особенности реагирования организма на интенсивные учебные нагрузки и определить «физиологическую стоимость» успешности обучения. Показано, что учебная нагрузка вызывает специфические изменения функционального состояния учащихся в зависимости от условий обучения, что находит отражение в характере протекания нейродинамических процессов и особенностях вегетативной регуляции. Выявленное напряжение механизмов регуляции у подростков профильных классов лицея позволяет оценить их функциональное состояние как состояние утомления и хронического утомления, что является предпосылкой ухудшения здоровья. Полученные данные о закономерностях регуляции функций организма подростков разных условий обучения позволяют осуществлять разработку более эффективных приемов диагностики донозологических состояний.
Практическая значимость и внедрение результатов. Полученные данные о закономерностях регуляции функций организма подростков разных условий обучения позволяют определить новый подход к разработке более эффективных приемов диагностики донозологических состояний. Полученные данные о закономерностях регуляции функций организма и психологических особенностях позволяют более эффективно подходить к оценке адаптационных возможностей организма. Основные положения и выводы диссертационного исследования могут послужить основой для разработки профилактических и коррекционных мер, направленных на усиление адаптационно-защитных механизмов и снижение напряжения функциональных систем организма с целью сохранения здоровья учащихся.
Показано, что профилактика и коррекция дезаптационных и допозологических состояний должна проходить с учетом индивидуальных особенностей состояния механизмов регуляции, лежащих в основе адаптационного процесса, и особенностей образовательного процесса.
Материалы диссертационного исследования используются в преподавании курсов «Физиология ВНД и сенсорных систем», «Физиология ЦНС», «Возрастная физиология», «Психофизиология» для студентов биологических и психологических специальностей Института естествознания и Института психологии ТГУ им. Г.Р. Державина, а также внедрены в учебный процесс МОУ гимназии №12 им. Г.Р. Державина г. Тамбова.
Диссертационное исследование выполнено при поддержке научно-технической программы МО «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограммы «Технологии живых систем» 2003-2005 гг. Номер государственной регистрации 01.20.03 03596.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Исходное состояние физиологических систем и психофизиологические особенности подростков определяют характер и выраженность адаптивных реакций в процессе обучения.
Динамика функционального состояния организма подростков разных типов и профилей обучения характеризуется специфическими изменениями, обусловленными как типологическими особенностями, так и условиями образовательного процесса.
Интенсификация учебных нагрузок в классах с углубленным уровнем обучения отдельных дисциплин приводит к чрезмерному напряжению адаптационных механизмов, что позволяет рассматривать функциональное состояние организма подростков как донозологическое.
Апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 13
печатных работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах. Основные
положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на
Всероссийской научно-практической конференции «Человеческое измерение в
информационном обществе» (Москва, 2003), IX научной конференции преподавателей и аспирантов «Державинские чтения» (Тамбов, 2004), XIX съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), II Всероссийской Internet-конференции «Потенциал личности: комплексная проблема» (Тамбов, 2004), Международной научной конференции «Физиология развития человека», посвященной 60-летию института возрастной физиологии РАО (Москва, 2004), III Всероссийской научно-практической конференции «Медико-биологические и психолого-педагогические аспекты адаптации и социализации человека» (Волгоград, 2004), II международной научно-практической конференции (заочной) «Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования» (Тамбов, 2004), X научной конференции преподавателей и аспирантов «Державинские чтения» (Тамбов, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Природные факторы и социальные условия успешности обучения» (Санкт-Петербург, 2005), XI научной конференции преподавателей и аспирантов «Державинские чтения» (Тамбов, 2006).
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 157 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций. Работа иллюстрирована 14 таблицами и 20 рисунками. Список литературы включает 305 источников, в том числе 264 отечественных и 41 зарубежных авторов.
Состояние здоровья обучающихся как один из критериев адаптации к учебной нагрузке
Важность исследования проблемы адаптации состоит в возможности использования накопленных фактов в реализации профилактических мероприятий, в сохранении и повышении уровня здоровья. Взаимоотношение между адаптацией и состоянием организма, отражающим уровень здоровья, приведены ниже. [28; 98].
В континууме здоровье-болезнь традиционно выделяют ряд состояний организма: состояние физиологической нормы— донозологическое —преморбидное — состояние болезни. Данные состояния соотносятся с адаптационными возможностями. - Состояние физиологической нормы - состояние организма с достаточными функциональными (адаптационными) возможностями (резервами), (удовлетворительная адаптация). - Донозологическое состояние, при котором функции организма реализуются более высоким, чем в норме, напряжением регуляторных систем, происходит мобилизация функциональных ресурсов (напряжение адаптационных механизмов). - Преморбидные состояния (предболезнь), которые характеризуются снижением функциональных резервов (неудовлетворительная адаптация). - Состояние болезни характеризуется резким снижением функциональных возможностей организма, наличием заболевания (срыв механизмов адаптации). Донозологическое и преморбидное состояния вследствие скомпенсированности и оценкой здоровья лишь по качественным, а не по количественным признакам не находятся в поле зрения врачей. Количественные показатели позволяют оценить резервы систем организма, степень адаптации, определить, за счет каких систем происходит адаптация и компенсация функций и на основе этого прогнозировать состояние здоровья. Донозологическое и преморбидное состояния могут быть характерны для критических возрастных периодов, для людей, имеющих нарушение питания, низкую двигательную активность, хроническое стрессовое состояние. В связи с этим очевидна необходимость исследования количественных показателей для оценки адаптивных функций организма в условиях осуществления различных видов деятельности, в том числе, учебной. Проблема здоровья участников образовательного процесса стала наиболее остро в связи с разработкой экспериментальных учебных программ, использованием интенсивных форм обучения, внедрением инновационных педагогических технологий. Многообразие новых форм обучения (лицеи, гимназии, профильные классы и др.), появившихся в последние годы, их недостаточное физиолого-гигиеническое обоснование свидетельствуют о необходимости дальнейшего проведения исследований в этом направлении. [35; 40; 90; 175]. Одним из критериев адаптированности организма учащихся считают уровень резервных возможностей и степень их использования [8; 11; 27; 48; 57; 89; 184; 211; 255; 297]. Анализ адаптивных реакций с позиции конечного приспособительного результата [13] позволяет определить «норму адаптивной реакции» и «цену адаптации», отражающиестепень выраженности функциональных изменений. В связи с этим появился ряд работ, посвященных изучению направленности и характера адаптивных сдвигов у школьников к учебной нагрузке разной интенсивности [151; 224]. Так, к числу негативных тенденций морфофункционального развития, выявленных за последние годы, относятся снижение темпов продольного роста, уменьшение широтных и обхватных показателей [228]. Рядом исследователей установлено увеличение доли лиц астенического телосложения среди подростков старшего школьного возраста [131; 143]. Представленный в ряде работ анализ состояния полового созревания у девочек и девушек показал увеличение случаев несоответствия степени полового созревания календарному возрасту [31; 229; 230; 255; 261]. В ряде исследований по изучению здоровья обучающихся поднимается вопрос о способности их организма к физическим и психическим нагрузкам в процессе обучения с целью получения определенного объема знаний без ущерба для здоровья [50; 122; 246]. Так, В.Л. Уткин и Н.Б. Чехоева [236; 254] полагают, что интенсификация учебного процесса в школе и существующая его организация, основанная на преобладании статических нагрузок, способствуют искусственному сокращению объёма произвольной двигательной активности учащихся. Это ведет к гиподинамии и гипокинезии. При анализе умственной работоспособности учащихся в специализированных школах выявлены изменения количественного и качественного показателей, обнаружено увеличение случаев утомления в конце учебного дня. Комплексный показатель работоспособности в динамике рабочего дня в школах нового типа снизился [4]. Так, В.Р. Кучма считает, что повышенная учебная нагрузка не остается бесследной. До 50% гимназистов заканчивают учебный день с признаками сильного и выраженного утомления, особенно психоэмоциональной сферы. В конце учебного года в колледже и гимназии у учащихся в 2 раза увеличилась частота гипертонических реакций, а общее количество неблагоприятных изменений артериального давления достигало 90% [129]. Появление повышенной невротизации обнаружено у большинства (55-83%) учащихся школ с интенсивным уровнем обучения [179]. Доказано, что нагрузки, предъявляемые школьникам в инновационных учебных учреждениях, приводят к напряжению многоуровневой функциональной системы адаптации. Так, у воспитанников колледжа достоверно чаще, чем у учащихся общеобразовательных школ, выявляются клинически выраженные вегето-сосудистые расстройства со склонностью к ангиоспазмам и нейро-циркуляторным дистониям [230]. Исследование ЭЭГ у учащихся математического класса в ситуации направленного внимания позволило выявить сдвиги частотно-амплитудной характеристики электрической активности переднее-ассоциативных отделов коры и, в частности, лобных, в сторону нижней границы альфа-диапазона. Наряду с этим создание состояния целенаправленного произвольного внимания вызывает у учащихся данной исследуемой группы изменение пространственно-временной организации, проявляющееся в возникновении дистантных и диффузных связей, которое расценивается рядом авторов как отражение напряжения в гомеостатической системе регуляции, приводящей к снижению функциональных резервов ЦНС [10; 108; 245]. Анализ адаптивных сдвигов в системе кровообращения школьников в ходе интенсивного обучения выявил несколько вариантов изменений сердечной деятельности, гемодинамики и артериального давления [9].
Рядом авторов признается, что наиболее адаптивным вариантом вегетативной регуляции является повышение активности симпатического и снижение влияния парасимпатического отдела вегетативной нервной системы [285; 286; 288]. Длительная умственная работа вызывает отчетливое увеличение секреции норадреналина, что свидетельствует об активации симпатического звена вегетативной регуляции [292]. Продолжительное напряжение регуляторных механизмов сменяется их истощением и ведет к возникновению заболевания, которое в этом случае можно рассматривать как «плату за адаптацию» [84; 156; 161].
Вегетативные показатели в оценке функционального состояния
Приспособление сердечно-сосудистой системы к различным воздействиям представляет собой один из центральных вопросов всей проблемы адаптации, поскольку характер изменений ее параметров может расширить или, наоборот, лимитировать адаптационные возможности организма. Лабильность функций сердечно-сосудистой системы обусловливает ее адекватность для изучения адаптивных сдвигов [20; 33; 55; 60; 102; 111; 267; 269; 273; 282; 290].
Анализу адаптивных сдвигов в системе кровообращения в ходе учебных занятий посвящен ряд специальных исследований [77; 78; 233; 234]. Показано, что под влиянием учебной деятельности происходит комплекс изменений центрального и регионального кровообращения, что может приводить к отклонению от возрастной направленности развития. В младшем школьном возрасте механизмы адаптации к учебной нагрузке еще не сформированы. В подростковом возрасте происходит активное формирование адаптационных реакций, что выражается в сглаживании разной направленности возрастных и адаптационных изменений. В старшем школьном возрасте многие показатели функционирования сердечно-сосудистой системы достигают уровня, близкого к дефинитивному. Учебная нагрузка вызывает адаптивные реакции в системе кровообращения. Направленность адаптационных перестроек, изученная по сократительной функции миокарда, совпадает с возрастными. Анализ сдвигов системного артериального давления в возрастных группах от 7 до 17 лет показал, что к концу учебных четвертей происходит снижение систолического давления. В условиях учебных перегрузок учащихся наблюдается увеличение диастолического давления и снижение пульсового [109; 208]. Четкой динамики частоты сердцебиений в большинстве исследований выявить не удалось [208]. В то же время, по данным Л.М. Кудаевой [121], к концу учебного года наблюдается изменение частоты пульса. Тахикардия регистрируется в 18,5% случаев, брадикардия - в 25,9%. К концу дня, а также учебного года у учащихся старших классов кумулируется утомление, что ведет к снижению уровня активации сердечно-сосудистой системы [16; 34; 184; 198; 216].
Исследования адаптационных процессов у школьников позволили выявить разнонаправленный характер возрастных сдвигов сердечного ритма в зависимости от особенностей учебного процесса [1; 2; 5; 33; 68; 112; 116; 267; 282; 285]. Общей закономерностью, отражающей характер влияния длительной интенсивной умственной нагрузки на организм, является нарастание мощности спектра в области низких частот и снижение в области высоких частот, снижение вариабельности ритма сердца и повышение частоты сокращений сердца [306]. В то же время R.P Sloan и др. установили, что во время однократной умственной нагрузки повышение частоты пульса сопровождается увеличением вариабельности сердечного ритма [302]. При этом важно учитывать индивидуальные особенности механизмов вегетативной регуляции обучающихся, основанные на различиях в степени соотношения автономных и центральных механизмов регуляции ритма сердца. Так, Н.И. Шлык [259; 260], выделяет 4 группы школьников 11-12 лет, отличающихся по характеру реакции на пятичасовую умственную нагрузку. Учащиеся с преобладанием центральной регуляции реагируют на умственную нагрузку снижением частоты пульса, повышением стандартного отклонения, снижением симпатических и центральных влияний на ритм сердца. Эти изменения рассматриваются автором как результат утомления, проявляющегося снижением или нарушением регуляции механизмов управления. Напротив, у детей с преобладанием автономных механизмов к концу учебного дня утомление проявляется в виде резкой активации центральных механизмов управления. Возрастные особенности ритма сердца у школьников старших классов в большей степени, чем у младших школьников, обусловлены наличием дыхательной периодики [252], причем для девочек характерна низкая, а для мальчиков - высокая степень взаимосвязи между последовательными интервалами R-R [125]. Однако в связи с широко распространенной тенденцией дифференцированного обучения, особенно в учебных заведениях инновационного типа, у большинства старшеклассников отмечаются негативные изменения состояния регуляторных механизмов. Исследования особенностей регуляции сердечной деятельности у детей и подростков, проведенные М.М. Безруких [33], показали, что наиболее существенная динамика регуляции хронотропной функции в течение дня и учебного года отмечается у учащихся 8-9 классов. В каждом учебном году в течение дня наблюдается усиление парасимпатических и снижение центральных влияний (по данным изменений ИН), что рассматривается как отражение утомления к концу занятий. Уровень симпатических влияний и выраженность центральной регуляции снижалась также за период от октября до февраля, причем снижение ИН составило 20 и 38 процентов в 8 и 9 классах соответственно и не зависела от пола. Рассматривая снижение симпатических и центральных влияний на сердечный ритм как индикатор уровня активации сердечно-сосудистой системы, автор делает вывод о том, что более половины подростков заканчивают учебный день при сниженном уровне активации, усилении тонуса парасимпатического отдела вегетативной нервной системы и децентрализации. Указанные изменения являются отражением процесса утомления. Наряду с этим выявлена тесная связь между низким уровнем ИН до занятий и неблагоприятной динамикой работоспособности. Значительное место в реакции сердечного ритма на умственную нагрузку занимает эмоциональный компонент. При психоэмоциональном напряжении у большинства числа испытуемых при выполнении корректурной пробы в условиях дефицита времени отмечается гиперкинетическая перестройка системы гемоциркуляции, которая характеризуется повышением частоты сокращений сердца (ЧСС), артериального давления (АД), симпатикотоническими изменениями ЭКГ, усилением сократительной способности миокарда, повышением ударного и минутного объемов крови при адекватном снижении периферического сопротивления и среднединамического давления, уменьшением вариабельности интервала RR [65; 112; 135; 160; 196; 212; 218; 238; 274].
Эмоциональное напряжение является постоянным фактором учебной работы [247]. Выявленный в данной работе разнонаправленный характер динамики нервной регуляции сердца у подростков разных условий обучения не противоречит данным литературы [76; 161].
Таким образом, сердечно-сосудистая система, будучи ведущей физиологической системой, является индикатором адаптационных возможностей целостного организма. Выявление сдвигов в регуляции деятельности сердца позволит предотвратить риск возникновения функциональных расстройств в организме.
Время реакции в оценке состояния физиологических систем учащихся
Исследование ПЗМР показало, что в исходном состоянии мальчики математического класса в отличие от мальчиков общеобразовательного класса характеризуются более высокой скоростью нервных процессов, что отражено в значениях ЛП ПЗМР и СКО (табл. 3). Умственная нагрузка вызывает значимые изменения ЛП ПЗМР (ЛП увеличивается на 23%, СКО увеличивается более чем в 3,8 раза) у обучающихся в профильном классе подростков, в то время как у подростков общеобразовательного класса отмечается уменьшение СКО на 42,2% (в виде тенденции) при стабильных значениях ЛП.
Согласно данным литературы, для анализа времени реакции использование метода сравнения средних значений не всегда выявляет статистически значимые различия. Это объясняется тем, что среднее значение характеризует лишь центральную тенденцию и не отражает особенностей индивидуальных реакций, нивелирует их, в связи с чем адекватным методом является анализ распределений индивидуальных данных [226].
Индивидуальные данные были разбиты на классы с шагом 100 мс. Распределение индивидуальных значений ПЗМР показало, что в исходном состоянии количество более быстрых реакций больше у мальчиков общеобразовательного класса, чем у мальчиков математического класса (рис. 3). Так, значения ПЗМР в диапазоне 170-210 мс имеют 38% мальчиков общеобразовательного класса и 25% мальчиков математического класса. После нагрузки процент ПЗМР у мальчиков математического класса в диапазоне 250-260 мс составляет 29, второй подъем кривой отмечен в диапазоне более 280 мс (17% учащихся). У мальчиков общеобразовательного класса подъемы кривой распределения значений ПЗМР соответствуют интервалам 230-240 (16% учащихся) и более 280 мс (33% учащихся).
Таким образом, анализ результатов ПЗМР у мальчиков показал, что в состоянии относительного покоя мальчики математического класса имеют более высокий уровень возбуждения ЦНС, что отражено в значениях ЛП. Выполнение умственной нагрузки привело к снижению уровня возбуждения и скоростных показателей нервной системы у данной исследуемой группы подростков, о чем свидетельствует наличие выраженной отрицательной асимметрии на кривой распределения индивидуальных значений ЛП ПЗМР. У мальчиков общеобразовательного класса в исходном состоянии уровень возбуждения нервной системы ниже, что следует из значений ЛП ПЗМР. Отсутствие динамики после нагрузки свидетельствует об устойчивости скоростных показателей нервной системы у исследуемых подростков.
Анализ результатов ССМР согласуется с результатами ПЗМР. Так, среднее значение ЛП как в исходном состоянии, так и после нагрузки несколько ниже у учащихся математического класса. В данной исследуемой группе подростков распределение индивидуальных значений сдвинуто в сторону меньших величин, т.е. большая доля учащихся имеет высокие скоростные показатели. После предъявления умственной нагрузки отмечается ухудшение процессов дифференцировки сенсорных сигналов. Происходит увеличение ЛП ССМР у мальчиков как математического (увеличение ЛП реакции выбора и реакции различения), так и общеобразовательного класса (увеличение ЛП реакции различения). Разновидностью сложной зрительно-моторной реакции является реакция на движущийся объект. Анализ индивидуальных реакций на движущийся объект и стратегий реагирования выявил, что в исходном состоянии среди мальчиков математического класса 50% используют стратегию запаздывания, 46% - опережение, 4% - точные реакции (рис. 4). Среди мальчиков общеобразовательного класса у 57% преобладают реакции запаздывания, у 43% - опережения (рис. 5). Выполнение умственной нагрузки изменяет баланс тормозно-возбудительных систем, в результате чего в математическом классе у 71% преобладают реакции запаздывания, у 29% - опережения и отсутствуют точные реакции. В общеобразовательном классе число реакций запаздывания снижается до 48%, опережения - до 38%, число точных ответов возрастает до 14%. Исследование баланса нервных процессов по результатам РДО в целом у мальчиков показало, что интенсивная умственная деятельность приводит в математическом классе к уменьшению количества учащихся с уравновешенностью нервных процессов и увеличению числа учащихся с преобладанием процессов торможения, в общеобразовательном классе - к уменьшению количества реакций опережения, запаздывания и увеличению числа точных реакций. Среди девушек в исходном состоянии меньшие значения ЛП ПЗМР имеют девушки гуманитарного класса (табл. 4). Распределение индивидуальных значений ПЗМР показывает более высокую скорость реагирования в данной исследуемой группе (рис. 6). В ответ на выполнение умственной нагрузки отмечается усиление инертности нервных процессов, что отражено в смещении кривой распределения индивидуальных значений в область больших величин, а также возрастании СКО на 23% (р 0,05). У девушек общеобразовательного класса выполнение нагрузки увеличивает число реакций (в диапазоне 170-200 мс), характеризующихся усилением скоростных процессов, вместе с тем, резкое увеличение СКО отражает индивидуальную вариабельность реагирования.
Особенности регуляции сердечной деятельности подростков разных типов и профилей обучения
Анализ вариабельности сердечного ритма позволил выявить особенности регуляции сердечной деятельности у подростков в зависимости от степени интенсификации учебного процесса. Результаты средних значений параметров сердечного ритма у подростков разных условий обучения в исходном состоянии и после выполнения нагрузки представлены в таблицах 13 и 14. Применение статистического анализа позволило выявить различия в продолжительности последовательных интервалов RR между нормальными синусовыми кардиоциклами у мальчиков, обучающихся в математическом и общеобразовательном классах.
Показатели SDNN, RMSSD и pNN50, характеризующие парасимпатическую систему и отражающие «быстрые» колебания с коротким периодом у мальчиков математического класса имеют меньшие значения в отличие от мальчиков общеобразовательного класса. Так, показатели SDNN и RMSSD у мальчиков математического класса соответствуют значениям 68,3±33,7 мс и 58,6±44,1 мс, у мальчиков общеобразовательного класса - 83,31±59,78 мс и 96,10±85,0 мс соответственно (рис. 16). Различия в показателе pNN 50 у мальчиков математического (28,4±23,1%) и общеобразовательного (43,1 ±24,7%) классов являются достоверно значимыми.
Сравнение динамики различных маркеров парасимпатической активности (SDNN, RMSSD, pNN 50) показало, что наиболее чувствительным к интенсивной умственной нагрузке показателем оказался параметр pNN 50, отражающий долю наиболее вариабельных кардиоинтервалов в общем массиве. После нагрузки в среднем показатель pNN 50 снизился на 14,9% (для сравнения: уменьшение показателя RMSSD составило 7,2%, а стандартного отклонения (SDNN) - всего 2,7%).
Исследование вклада отдельных управляющих структур ЦНС в общий ритм деятельности сердца подростков выявило преобладание активности подкоркового сосудистого центра у мальчиков математического класса. Различия в мощности LF-волн, выявленные у мальчиков математического и общеобразовательного классов, как в исходном состоянии (в математическом классе LF 41,2±16,7%, в общеобразовательном классе LF 31,4±8,3%), так и после предъявления нагрузки (45,8±15,8% и 35,0±5,9% соответственно) являются достоверно значимыми. Установленные положительные корреляционные связи относительной мощности с ЧСС (г=0,79; р 0,01), SI (г=0,65; р 0,01) и отрицательные с маркерами парасимпатической активации SDNN (r=0,53; р 0,05), pNN 50 (г=0,70; р 0,01) могут свидетельствовать о принадлежности гипотетического LF генератора к симпатическому отделу вегетативной нервной системы [271, 275, 289, 297]. На преобладание активности симпатического отдела вегетативной нервной системы в регуляции сердечного ритма у мальчиков, обучающихся в математическом классе, указывают результаты вегетативного баланса (LF/HF- 4,01 ±2,2). Выполнение умственной нагрузки в дефиците времени не привело к значимому изменению параметров сердечного ритма.
У мальчиков общеобразовательного класса в исходном состоянии механизмы регуляции сердечной деятельности характеризуются весомым вкладом доли парасимпатических влияний, что отражено в высоких значениях показателей pNN 50, SDNN, RMSSD, а также преобладании высокочастотных колебаний сердечного ритма в общей мощности спектра. Показатель вегетативного баланса (LF/HF) указывает на умеренное преобладание парасимпатического звена вегетативной нервной системы в регуляции сердечной деятельности. Выполнение нагрузки подростками привело к снижению активности парасимпатического отдела, что проявилось в уменьшении значений pNN50 на 14,9% (р 0,05). Снижение вагусных влияний на ритм сердца отразилось на соотношении активности низкочастотного и высокочастотного компонента спектра. Отмечено увеличение значений вегетативного баланса (LF/HF 0,9±0,7; р 0,05). Уменьшение значения ИН на 35,5% (р 0,05) отражает снижение общей активации сердечно-сосудистой системы и сдвиг вегетативного гомеостаза в сторону преобладания симпатического отдела над парасимпатическим [169]. Динамика показателей сердечного ритма на умственную нагрузку указывает на закономерные изменения регуляции деятельности сердца, которые возникают при развитии утомления [212; 299].
