КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Іванюра Іван Олексійович

УДК 612-053.5:796.015.6

АДАПТАЦІЙНІ МОЖЛИВОСТІ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СИСТЕМ ОРГАНІЗМУ

УЧНІВ СЕРЕДНЬОГО ШКІЛЬНОГО ВІКУ ПРИ ТРИВАЛИХ ФІЗИЧНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора біологічних наук

Київ-2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Луганському державному педагогічному університеті

імені Тараса Шевченка, Міністерство освіти України

Науковий консультант:

доктор біологічних наук, професор Макаренко Микола Васильович,

інститут фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України,

провідний науковий співробітник відділу фізіології головного мозку

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, Макарчук Микола Юхимович

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

зав. кафедрою фізіології людини і тварин

доктор біологічних наук, професор Шабатура Микола Никанорович

Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова

зав. кафедрою фізіології людини

доктор медичних наук, професор Ященко Алла Григорівна

Науково-дослідний інститут фізичної культури і спорту,

головний науковий співробітник лабораторії діагностики

функціональних резервів

Провідна установа:

Київський національний медичний університет імені О.О.Богомольця,

Міністерство охорони здоров’я, м. Київ

Захист відбудеться “ 23 ” квітня 2001 року о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 при Київському національному університеті імені Тараса Шевченка (01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 64, біологічний факультет, ауд.215).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 58).

Автореферат розісланий “ 10 ” березня 2001 р.

Вчений секретар

cпеціалізованої вченої ради Д 26.001.38 Давидовська Т.Л.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ступінь досконалості механізмів пристосування організму людини до змін середовища визначається здатністю жити і виконувати суспільно-корисну роботу в різних умовах. Кожна форма адаптивного реагування забезпечується комплексом фізіологічних реакцій, які зумовлюються як спадково детермінованими механізмами, так і індивідуальними ознаками. Характеристика можливих меж адаптації здорової людини, резервних можливостей організму – один з найбільш важливих розділів фізіології людини. Відповідно до принципу ізоморфізму функціональних систем різного рівня пристосувальні реакції у процесі вікового розвитку можуть бути розглянуті на прикладі динаміки показників серцево-судинної і дихальної систем [Н.А. Агаджанян, А.Ю. Катков, 1982; А.З. Колчинская, 1983; В.П. Казначеев, 1986; И.А. Аршавский, 1991 і ін.]

При дослідженні впливу м’язової діяльності на організм адаптація розглядається як процес цілеспрямованого збільшення його функціональних можливостей [Н.Н. Яковлев,1983; Т.Д. Кузнецова, 1986 і ін.]. Цій стороні розвитку його функцій, через те що вона переважно визначає працездатність у динамічній роботі, присвячено багато досліджень [А.Б. Гандельсман и соавт., 1979; В.В.Михайлов, 1983; А.Н.Игнатенко, 1987 і ін.]. У свою чергу спортивні тренувальні навантаження істотно впливають на морфо-функціональний розвиток кровообігу і дихання, зокрема серця і легень, а також повноцінність механізмів їх регуляції [А.З. Колчинская,1982; Ф.З. Меерсон, 1986; А.П.Конькова, И.А. Магай, 1986 і ін.].

У процесі онтогенезу дітей формуються пристосувальні реакції, які зумовлені розвитком механізмів саморегуляції і нервових процесів. Надмірно форсовані тренування у дитячо-юнацькому віці, емоційне перенапруження, яке часто супроводжує спортивну діяльність, можуть негативно впливати на функціональний стан кардіореспіраторної системи [В.П.Казначеев, 1986; В.Saltin, Р. Gollnick, 1983; W. Hollman, R. Rost, K. Meirleir, 1986 і ін.]. В умовах тренувальних фізичних навантажень адаптаційні можливості кардіореспіраторної системи - вирішальний фактор компенсації [Н.М. Амосов, Я.А. Бендет, 1984; Ю.Н. Беленков, К.Е. Сергин, 1987 і ін.]. Таким чином, очевидна фундаментальна значимість проблеми адаптації взагалі, в тому числі і до фізичних навантажень школярів зокрема.

Оскільки нервова система визначальна у формуванні пристосувальних реакцій [К.К. Платонов, 1982; В.М. Русалов, 1986; В.С.Мерлин, 1986 і ін.], то особливого значення при цьому набуває проблема залежності їх від індивідуального стану властивостей психофізіологічних функцій.

Очевидно, що без визначення критеріїв фізіологічної адаптації неможливо оцінити характер змін, які відбуваються в організмі під впливом м’язової діяльності, прогнозувати можливість порушення стану здоров’я і раціонально організувати процес фізичного виховання.

Актуальність проблеми адаптації організму дітей до фізичних навантажень визначається ще й тим, що нерідко в практику фізичного виховання дітей переносяться принципи, які прийняті у підготовці дорослих спортсменів. При цьому нехтується, що у процесі вікового розвитку на кожному етапі онтогенезу змінюється діапазон пристосування до фізичних навантажень. Визначення зон інтенсивності і тривалості м’язової діяльності, яка викликає напруження функцій у фізіологічних межах, набуває принципово важливого практичного значення. Актуальність цього дослідження полягає в його спрямованості на вивчення взаємовідношень кардіореспіраторних функцій у взаємозв’язку з функціями та властивостями центральної нервової системи, єдність взаємодії яких забезпечує ефективну фізичну діяльність. Якщо врахувати, що динамічні характеристики психофізіологічних функцій часто виявляють і прямий вплив на кінцеві результати дії людини, то стає безперечним, що параметри фізіологічно активних систем визначають цілісну індивідуальну поведінку людини [В.Д.Небылицын, 1966; Н.В.Макаренко, 1987]. Розв’язання цих питань набуває соціального значення у зв’язку з тим, що із-за умов праці і побуту більша частина учнів живе в умовах гіподинамії [А.Г.Дембо, 1980; Ю.М.Пратусевич, 1985: И.О.Тупицын, 1985 і н.]. Тому результати порівняння даних кількісної оцінки ефективності трудової діяльності учнів з комплексом показників функцій нервової, серцево-судинної, дихальної систем знайдуть застосування при розробці теоретичних основ практичних питань.

Ми виходили з передумови, що критерієм адаптації є міра фізіологічної реактивності на зрушення гомеостазу і фізичне навантаження, бо вона складає сутність структури цілісної реакції провідних систем для кожного виду діяльності організму. Саме спортивні тренування - модель для вивчення одного з важливих питань про нормальну структуру і функції організму людини, про діапазон його компенсаторно-пристосувальних реакцій до дії різних подразників і швидко змінюваних умов зовнішнього середовища, про особливості його адаптації до екстремальних факторів. Тренування - виключно постійний процес пристосування організму до змін умов середовища, які спрямовані на безперервне удосконалення пристосувальних реакцій або, зрідка, на їх напруження – при невідповідності сили подразника стану організму. Ступінь цієї відповідності, у визначенні якого у кожному випадку вирішальна роль належить методам фізіологічного дослідження, визначає позитивний або, навпаки, негативний вплив тренувань на організм людини. В цьому чітко виявляється положення класичної фізіології про співвідношення сили подразника і вихідного стану організму як основи, яка визначає характер впливу зовнішнього середовища на організм людини.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в межах держбюджетної теми відділу кори головного мозку інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України (шифр 2.35.2.1). Вона є також продовженням комплексних досліджень започаткованих доктором біологічних наук М.В.Макаренко по вивченню вікових особливостей формування нейродинамічних, психомоторних функцій та їх зв’язку з ефективністю навчальної і професійної діяльності.

Мета і задачі дослідження. Основна мета роботи - обгрунтувати адаптаційні можливості вегетативних функцій провідних систем організму, визначити особливості вікової динаміки нейродинамічних функцій, їх взаємозв’язок і залежність в період онтогенезу людини при тривалих фізичних навантаженнях і на цій основі розробити систему комплексного контролю процесу тривалої адаптації.

Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати наступні задачі:

1. Дослідити адаптаційні можливості серцево-судинної і дихальної систем організму учнів середнього шкільного віку під впливом тренувальних фізичних навантажень і встановити оптимальний рівень функціонування, який сприяє прогресу організму, а також встановити фізіологічну межу, вище якої виникають патологічні явища.

2. Дослідити динамічні характеристики деяких психічних функцій (довільна увага, короткочасна пам’ять), рухливість основних нервових процесів учнів при тривалих багаторічних фізичних навантаженнях.

3. Вивчити реактивність серцево-судинної і дихальної систем, їх динаміку, специфічність та індивідуальні особливості їх прояву в осіб з різними властивостями основних нервових процесів.

4. Охарактеризувати значення змін серцево-судинної і дихальної систем для розвитку адаптаційних можливостей організму при тривалих тренувальних фізичних навантаженнях, визначити шляхи їх оптимізації, дослідити структуру кореляційних зв’язків між показниками нейродинамічних і вегетативних функцій.

5. Проаналізувати зв’язки властивостей нейродинамічних і вегетативних функцій і на цій основі обгрунтувати систему індивідуального підходу до учнів середнього шкільного віку при нормуванні об’єму та інтенсивності тренувальних фізичних навантажень, раціональної організації навчального процесу з врахуванням психофізіологічних можливостей організму.

ОБ’ЄКТ ДОСЛІДЖЕННЯ – адаптаційні можливості функціональних систем організму учнів середнього шкільного віку при тривалих фізичних навантаженнях.

ПРЕДМЕТ ДОСЛІДЖЕННЯ – лонгітудинальні дослідження функцій серцево-судинної і дихальної систем, особливостей динаміки вікових змін властивостей основних нервових процесів, сенсомоторних та психічних функцій, їх зв’язку з індивідуально-типологічними властивостями ВНД в учнів середнього шкільного віку контрольних і спортивних класів впродовж п’яти років при тривалих фізичних навантаженнях.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ – функціональний стан серця, систем, які регулюють його діяльність і адаптаційні можливості організму учнів 11 – 15 років, оцінювали за допомогою методу гістографічного аналізу, електрокардіографії, фоноелектрокардіографії, а також з метою прогнозування його можливих змін застосований метод фазової площини. Особливості функціонування дихання, які пов’язані з фізичним тренуванням, вивчали методом спірографії і виявленням основного обміну з наступним визначенням економічності зовнішнього дихання. В роботі використані методи дослідження властивостей основних нервових процесів, нейродинамічних та психічних функцій. Дослідження вікової динаміки психодинамічних функцій проведені за методикою та на приладах ПНН-3-01 і ПНДО-1, які розроблені доктором біологічних наук М.В. Макаренко. Для визначення і оцінки функцій короткочасної слухової і зорової пам’яті були використані методики “пам’ять на слова”, “пам’ять на числа”, “слухова пам’ять”, “зорова пам’ять”, а для дослідження обсягу і переключення уваги використовувались коректурні таблиці. За основний методологічний принцип нами взято системний підхід, сутність якого полягає в тому, що організм розглядається як єдина система з її внутрішніми зв’язками і характеризується активним управлінням поведінки організму в навколишньому його світі [П.К. Анохин, 1975]. При цьому опираємося на положення класичної фізіології про те, що “тренування і є по суті постійний процес пристосування”.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше охарактеризовані адаптаційні можливості серцево-судинної і дихальної систем організму при тривалих тренувальних фізичних навантаженнях учнів середнього шкільного віку. Показано, що в процесі таких навантажень встановлюється оптимальний рівень функціонування, який сприяє прогресу організму, тобто в процесі тривалих тренувань слідові дії підвищують адаптаційні можливості кардіореспіраторної системи, але до певної фізіологічної межі, вище якої можуть виникнути патологічні явища.

Отримані нові дані про зв’язок функціональної рухливості основних нервових процесів з цілим комплексом показників психофізіологічних функцій організму і значення їх в процесі фізичних тренувань.

Виявлено, що підвищення стимулюючої дії тривалих фізичних подразників і збільшення ролі нейрогенних компонентів реакції серцево-судинної і дихальної систем викликають підвищення економічності і ефективності функціонування при тривалій м’язовій діяльності.

Показано, що ступінь ефективності і економічності серцево-судинної і дихальної систем при різних аферентних впливах у процесі повторних фізичних навантажень можуть бути використані як критерії адаптованості організму. Виявлено, що особливості реактивності серцево-судинної і дихальної систем і специфіка їх адаптації залежить від характеру і тривалості фізичних навантажень. Встановлені діапазон і значення індивідуальних особливостей адаптації серцево-судинної і дихальної систем.

Вперше сформульована і обгрунтована концепція сумарного тренувального ефекту тривалих фізичних навантажень. При цьому зміни нейрогуморальних факторів в процесі онтогенезу формують певну динамічну структуру реакції серцево-судинної і дихальної систем. Ця структура стає оптимальною для кожного віку і визначає розвиток її функціональних можливостей в конкретних умовах фізичного навантаження. Оптимізація процесу тривалої адаптації організму тісно пов’язана із змінами зазначених властивостей реактивності нервової системи.

Отримані нові дані про стан властивостей основних нервових процесів та сенсомоторних функцій учнів при тривалих фізичних тренуваннях. Показано, що віковий період від 11 до 15 років характеризується подальшим формуванням нейродинамічних функцій, що виявляється у розвитку індивідуально-типологічних властивостей ВНД та властивостей простих і складних сенсомоторних реакцій.

Виявлено, що в період середнього шкільного віку під впливом тривалих тренувань розвиваються функції короткочасної зорової і слухової пам’яті та уваги. Обсяг короткочасної зорової і слухової пам’яті, властивості уваги в учнів 11-15 років залежать від розвитку функціональної рухливості та сили основних нервових процесів. В залежності від тривалості занять тренувальними фізичними навантаженнями визначається чітка різниця в функціональній рухливості нервових процесів і працездатності головного мозку, перевага у швидкості переробки інформації, переключенні уваги.

Наукова значущість роботи полягає у новизні одержаних даних, які показали, що успішність навчання учнів середнього шкільного віку залежить від індивідуально-типологічних властивостей ВНД і які у свою чергу визначають параметри нейродинамічних функцій.

Практичне значення одержаних результатів. Виявлений рівень функціональних резервів в учнів середнього шкільного віку в залежності від тривалості тренувань і схарактеризована динаміка показників функціонального стану основних вегетативних систем. Одержані дані дозволили сформулювати нові уявлення про характер процесу тривалої адаптації, її специфічність і шляхи розвитку меж адаптаційних можливостей серцево-судинної і дихальної систем. Виділені і охарактеризовані фізіологічні властивості серцево-судинної і дихальної систем, які визначають їх резервні можливості. Розкривається суть фізіологічних механізмів оптимізації реактивності фізіологічних систем, їх індивідуальних особливостей, значення для досягнення функціональних можливостей організму в процесі тривалих тренувань. На основі результатів досліджень встановлений зв’язок між типологічними властивостями та комплексом властивостей нейродинамічних функцій, а також успішністю навчання і спортивною майстерністю учнів середнього шкільного віку.

Практичне значення цієї роботи полягає в розробці кількісних і якісних критеріїв ступеня адаптації організму до тривалої м’язової діяльності, методів контролю динаміки процесу адаптації організму юних спортсменів. Розроблені методи відбору юних спортсменів і прогнозування витривалості. Встановлені закономірності розширили можливості фізіологічно обгрунтованого удосконалення управління спортивним тренуванням.

Результати досліджень знайшли використання при плануванні тренувального процесу в Луганському вищому училищі фізичної культури, дитячій і юнацькій школах олімпійського резерву “Юність”. Розроблений оптимальний індивідуальний режим фізичних навантажень для учнів 5 – 9 спортивних класів СШ №26, СШ № 30 м. Луганська, які займаються в спеціалізованих класах з плавання. Вони застосовуються в Луганському обласному інституті післядипломної освіти педагогічних кадрів, на кафедрах педагогіки, психології, теорії та методики фізичного виховання Луганського державного педагогічного університету імені Тараса Шевченка. Дані цього дослідження можуть бути використані й при читанні лекцій з фізіології ВНД, вікової фізіології та психології у вищих навчальних закладах, для відбору дітей в ДЮСШ.

Особистий внесок здобувача у виконання роботи полягає у самостійному виконанні всього експериментального дослідження, зборі інформації, статистичній обробці і аналізі даних, опису і обговорення результатів та їх узагальнення. Інтерпретація отриманих результатів та висновки дисертації також належать автору.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на з’їздах, симпозіумах, конференціях: шести з’їздах фізіологічного товариства ім. І. П. Павлова (Київ, 1982; Баку, 1983; Кишинів, 1987; Харків 1990; Київ, 1994; Донецьк, 1998), симпозіумі з проблеми “Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі (Київ – Черкаси, 1995), на міжнародних науково-практичних конференціях: “Адаптаційні можливості дітей і молоді” (Одеса, 1996), “Фізична культура, спорт та здоров’я нації” (Вінниця, 1996), на всесоюзних конференціях: “Фізіологія розвитку людини” (Москва, 1981), “Проблеми загальної і вікової фізіології в педагогічних вузах країни” (Ставрополь, 1983), “ІІ Всесоюзній конференції з фізичного виховання і шкільної гігієни” (Москва, 1983), “Фізіологічні проблеми втоми і відновлення” (Київ,1985), “Вікові особливості фізіологічних систем у підлітків” (Москва, 1990), наукових конференціях “Індивідуальні психофізіологічні особливості людини і професійна діяльність” (Черкаси, 1991), “Адаптація учнівської молоді до навчальних занять та фізичних навантажень” (Черкаси, 1993), “Індивідуальні психофізіологічні особливості людини і професійна діяльність” (Черкаси, 1997), щорічно з 1995 року на наукових конференціях Луганського державного педагогічного університету ім. Тараса Шевченка.

Публікації: за матеріалами досліджень опубліковано 46 робіт, в їх числі 20 статей, 26 матеріалів і тез наукових конференцій, основні з яких приведені в авторефераті.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 309 сторінках машинописного тексту і складається із вступу, основної частини (6 розділів), висновків, списку використаних джерел і додатків. Результати власних досліджень містять 48 таблиць, ілюстровані 36 рисунками. Бібліографія включає 580 джерел вітчизняної і зарубіжної літератури.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Матеріали та методи досліджень

Об’єктом дослідження були учні (хлопчики і дівчатка) 5-9 класів середніх шкіл № 17, № 26, № 30 м. Луганськ , учні ліцею спортивного профілю олімпійського резерву та дитячої і юнацької спортивних шкіл олімпійського резерву плавання “Юність”. При формуванні груп обстежуваних дітей виходили з ряду умов, які забезпечують одержання результатів вимірювань з мінімальною похибкою для наступної статистичної обробки. З учнів середнього шкільного віку у відповідності з антропометричними стандартами відбирались хлопчики і дівчатка 11 років, фізичний розвиток яких відповідав середньому гармонійному, що незначно відрізнявся за антропометричними показниками всередині однієї вікової групи і не займались спортом. Основні групи складали учні спортивних класів, які займались фізичними тренувальними навантаженнями протягом 1 – 5 років. Обстеження кожної групи здійснювались протягом п’яти років, починаючи з V класу (початок тренувань плаванням) до IX класу включно. Паралельно дослідження здійснювались на хлопчиках і дівчатках контрольних і спортивних класів. Можливість прямого аналізу змін психофізіологічних і вегетативних функцій з’являється при використанні лонгітудинальних досліджень, де один і той же обстежуваний бере участь у повторних обстеженнях. Це дає можливість не тільки реєструвати конкретні величини показників на різних етапах онтогенезу і спостерігати ступінь приросту їх з віком, але й виявляти зміни, які проходять у взаємовідношеннях між індивідуальними психофізіологічними і вегетативними характеристиками. Перевага лонгітудинального методу у можливості дослідити стабільність психофізіологічних і вегетативних характеристик у одних і тих же обстежених учнів. Експерименти проводились з кожною групою три рази кожного навчального року: на початку навчального року – у вересні – жовтні, посередині навчального року – січень - лютий і в кінці навчального року – квітень - травень.

Під час обстежень оцінювали стан здоров’я за методом стандартів. При медичному огляді у піддослідних учнів відхилень у соматичному і психічному статусі не виявлено. За шкільною документацією всі учні були встигаючими.

Враховуючи зміни розумової працездатності на початку робочого дня і тижня, дослідження здійснювались у дні високої розумової працездатності – у вівторок, середу, четвер на другому, третьому уроках з 9 до 11 годин дня, коли спостерігається оптимальний рівень фізіологічних функцій.

Типологічні властивості вищої нервової діяльності – функціональну рухливість та працездатність головного мозку (сила основних нервових процесів) вивчали з використанням методики та приладів, розроблених доктором біологічних наук М. В. Макаренко. Методика дослідження базується на диференціюванні позитивних і гальмівних подразників, які подаються серіями з неоднаковою швидкістю пред’явлення та у різних режимах. За допомогою приладу ПНН-3-01 визначали також латентні періоди зорово-моторної реакції - простої і складної вибору двох із трьох. Вивчення рівня рухливості основних нервових процесів і працездатності головного мозку здійснювали за допомогою приладів ПНН-3-01 у режимі 2 “зворотний зв’язок”, а також ПНДО-1 у режимі 3 (прилади для нейродинамічних обстежень) конструкції зазначених авторів. При цьому функціональну рухливість основних нервових процесів оцінювали за швидкістю переробки інформації (120 подразників), а також граничною частотою пред’явлення подразників, а працездатність головного мозку (ПГМ) – за кількістю опрацьованої інформації за заданий проміжок часу.

На основі показників, які отримані при роботі на приладі ПНН-3-01 у режимі 2 “зворотний зв’язок”, вираховували інтегральний показник успішності роботи мозку.

Для дослідження функції короткочасної пам’яті використовували методики “пам’ять на числа”, “пам’ять на слова”, “слухова пам’ять” і “зорова пам’ять” [Н.В.Макаренко с соавт., 1987].

Визначення параметрів втрати інформації здійснювали за допомогою методики П. Д. Белоус, В. С. Компанец (1985).

Функції уваги (концентрацію і переключення) досліджували за допомогою бланкових тестів. Для визначення показників переключення уваги використовували класичну методику “відшукування чисел з переключенням” (методика Шульте). Для оцінки здатності до переробки зорової інформації використовували таблиці з кільцями Ландольта. Визначали загальну кількість і швидкість переробки інформації.

Функціональний стан системи дихання досліджувався за допомогою спірографії. Реєстрували і розраховували життєву ємність легень (ЖЕЛ) і об’єми, що її складають, частоту, глибину і хвилинний об’єм дихання. Визначення легеневої вентиляції (ХОД) проводили в учнів контрольних і спортивних класів в стані спокою.

Вивчали тривалість затримки дихання і аналізували механізми регуляції, що забезпечують затримку дихання різної тривалості при фізичних тренуваннях. Життєвий показник (ЖІ) – відношення ЖЕЛ до маси тіла вираховували за формулою: ЖІ=ЖЕЛ (мл) : маса (кг).

Максимальну вентиляцію легень (МВЛ) визначали, підсумовуючи об’єми всіх дихальних рухів при форсованому диханні за 15 с, а потім перераховували на 1 хв. Величину МВЛ виражали не лише в абсолютних цифрах (л/хв), а і в процентах до належної величини.

Для оцінки виміряних показників зовнішнього дихання зіставляли їх з середніми величинами, які одержані при обстеженні дітей різного віку. Оскільки діапазон такої норми великий через значні індивідуальні відмінності, тому вираховували нормативні показники для кожного конкретного досліджуваного. З цією метою враховували максимально можливу кількість особливостей людини (ріст, масу, вік, стать) і теоретично розраховували його норму – належну величину. Зріст вимірювали ростоміром, масу – за допомогою медичних ваг з точністю до 0,1 кг. За ростом, віком і масою досліджуваного визначали середньостатистичний рівень основного обміну за допомогою спеціальних таблиць (за Бенедиктом). Для розрахунку належних величин хвилинного об’єму дихання (НХОД), життєвої ємності легень (НЖЕЛ), максимальної вентиляції легень (НМВЛ) використовували формули A. J. Anthony, H. Venrath (1962), А. Г. Дембо (1980), В. В. Гневушева (1982).

Визначення економічності зовнішнього дихання здійснювали за її рівнем, оскільки його величина значною мірою лімітує фізичну працездатність, відповідно впливає на всі показники фізичного стану. Рівень економічності, продуктивність, енергетичну вартість визначали за рівнем резервних можливостей зовнішнього дихання (РРЗД) і рівнем хвилинного об’єму дихання (РХОД) за методикою В.В.Гневушева (1982).

Функціональний стан серцево-судинної системи і вегетативну регуляцію вивчали за допомогою методики математичного аналізу серцевого ритму (Р.М. Баевский, 1975), використовуючи гістографічний аналіз.

Прогнозування можливої загальної пристосувальної діяльності і адаптаційних можливостей до навантажень здійснювалось з допомогою методу фазової площини (В.В. Парин и соавт., 1967).

Для оцінки вікових змін діапазону рефлекторної перебудови функцій серцево-судинної системи у юних спортсменів реєстрували ЕКГ з синхронним записом фонокардіограми з наступним її аналізом (И.М. Кельмен, 1974; А.В.Сумароков, А.А. Михайлов, 1975). При аналізі визначали частоту серцевого ритму, вольтаж і тривалість зубців, тривалість інтервалів, механічної і електромеханічної систол, положення електричної осі серця.

Для характеристики стану серцево-судинної системи за умов фізичного навантаження, ступеня тренованості, резервних можливостей серця використовувалась диференційована функціональна проба (за Н. А. Шалковым).

При вимірюванні тиску крові способом Короткова визначали такі величини: систолічний, діастолічний, пульсовий і середній тиск.

Отримані дані обробляли за програмою з використанням t-критерію Стьюдента, кореляційного та множинного регресійного аналізів.

Результати досліджень та їх обговорення

Вікові особливості адаптації серцево-судинної системи організму учнів середнього шкільного віку при тривалих фізичних навантаженнях. Показано, що адаптація людини до тривалих фізичних тренувань досягається ціною значних функціональних зрушень. У ряді випадків вони є відображенням дезадаптації і можуть зумовити розвиток перед- і патологічних станів. Розрізнити ознаки виникнення адаптації або виснаження компенсаторних можливостей можна лише при тій умові, якщо оцінювати рівень функціонування серцево-судинної системи за допомогою фізіологічних тестів. Визначено, в які періоди тренувальних фізичних навантажень наступають найбільш сприятливі зміни зі сторони захисних структур і коли механізми підтримки гомеостазу виявляються недостатніми до повного зрівноваження наявних зрушень і не можуть забезпечити адекватну адаптаційну реакцію організму в нових умовах.

Встановлено, що реакція серцево-судинної системи на тривале фізичне навантаження супроводжується в процесі вікового розвитку мобілізацією захисних пристосувань. Поступово формується оптимальне співвідношення між нервовими і гуморальними каналами, між адренергічними і холінергічними механізмами регуляції. Вихідний стан організму, рівень фізичного розвитку, тривалі фізичні навантаження – всі ці фактори впливають на стан серцево-судинної системи, відповідним чином поєднуючись з її віковими особливостями. Спрямованість і ступінь прояву адаптивних змін залежить від віку і стану організму, а також від тривалості дії тренувальних фізичних навантажень.

На основі гістографічного аналізу можна стверджувати, що у хлопчиків і дівчаток середнього шкільного віку на другому році тренувань виникає перша фаза функціональної перебудови організму, яка визначається, як фаза нестійкого, неповного пристосування до тренувальних фізичних навантажень. Основні гістографічні показники у юних спортсменів порівняно з контролем мають у більшості випадків достовірні відмінності, які відображають особливості співвідношення адренергічної і холінергічної регуляцій. У юних спортсменів виявлені більші показники моди (Мо), варіаційного розмаху (х), а також порідшання пульсу і зниження індексу напруги (ІН) в стані фізіологічного спокою.

Спостережувані при тривалих фізичних тренуваннях відносна стабілізація і синхронізація регуляційних і гомеостатичних процесів продовжуються впродовж тривалого періоду і закінчуються виходом систем організму на новий рівень функціонування. На початку тренувань адаптація серцево-судинної системи у хлопчиків і дівчаток середнього шкільного віку досягається підвищенням активності симпато-адреналової системи організму. Перебудова нервово-гуморальної регуляції серцево-судинної системи у дівчаток під впливом тривалих тренувань характеризується більш раннім включенням холінергічних механізмів. В процесі онтогенезу у міру росту спортивної майстерності у плавців удосконалення регуляційних механізмів виражається переходом симпатикотонії у ваготонію. Цей висновок підтверджують гістографічні показники. Так, у хлопчиків і дівчаток на третьому році тренувань поряд із значним порідшанням пульсу спостерігається значне збільшення Мо, х , а також зменшення амплітуди моди (АМо) та ІН. Показники АМо/Мо, АМо/х, які відображають участь відповідних ланцюгів регуляції, були нижчими, ніж в контрольній групі. З ростом спортивної майстерності в процесі онтогенезу при подальших фізичних навантаженнях на четвертому і п’ятому роках тренувань спостерігається вірогідне порідшання пульсу (у хлопчиків – до 712,4 уд/хв проти 903,6 у контролі, P<0,001; у дівчаток – до 682,1 проти 892,8 уд/хв у контролі, P<0,001), збільшення Мо, х (у хлопчиків – відповідно до 0,860,03 с та 0,420,03 с проти 0,690,03 с та 0,320,02 с у контролі, P<0,01 – 0,001; у дівчаток – до 0,900,03 с та 0,400,03 с проти 0,640,02 c та 0,290,04 c у контролі, P<0,001– 0,05) і значне зменшення АМо і ІН (у хлопчиків – відповідно до 322,7% та 6014,4 ум.од. проти 453,6% та 17926,7 ум.од. у контролі, P<0,01– 0.001; у дівчаток – до 404,1% та 8614 ум.од. проти 433,5% та 16321,3 ум.од. у контролі, P<0,05). Крім цього, у плавців були меншими значення показників АМо/Мо і АМо/х (у хлопчиків – відповідно 401,45 ум.од. та 9718,3 ум.од. проти 747,7 ум.од. та 21128 ум.од. у контролі, P<0,001; у дівчаток – 444,1 ум.од. та 14627 ум.од. проти 646,3 ум.од. та 21030 ум.од. у контролі, P<0,05). Одержані дані гістографічних показників є відображенням нових взаємовідношень між регуляційними системами, які формуються в процесі онтогенетичного розвитку під впливом тривалих фізичних навантажень.

Для аналізу адаптаційних можливостей серцево-судинної системи на різних етапах онтогенезу проведені дослідження з використанням функціональних проб. Розглянуті особливості адаптивних реакцій при дозованому фізичному навантаженні, що складає 1,5 Вт/кг ваги тіла у хлопчиків і дівчаток віком 11-15 років. Стандартизація навантажень за тестами дала можливість виявити, що завдяки тривалим тренуванням серце юних плавців може забезпечити виконання організмом однакової роботи при значно меншій частоті серцевого ритму і з меншим напруженням систем регуляції.

Гістографічним аналізом виявлено, що перехід від фізіологічної норми до стану підвищення адаптаційних можливостей під впливом фізичних тренувань здійснюється через декілька стадій регуляції серцево-судинної системи, під час яких організм пристосовується до нових для нього умов шляхом змін напруження регуляційних механізмів і відповідного рівня функціонування. За напруженням систем регуляції ми виділили стан норми, адаптації і напруження, перенапруження. Кожному з цих станів відповідають певні значення АМо, х, ЧСС та ІН. Слід звернути увагу на те, що межі станів різні для хлопчиків і дівчаток. Умовна межа стану норми у хлопчиків – 80 ум. од., а у дівчаток – 100 ум. од. Умовна межа адаптації і напруження у хлопчиків – 180 ум. од., а у дівчаток – 200 ум. од. Більш високі значення напруги свідчать про перенапруження механізмів регуляції.

Визначення ступеня напруги регуляційних механізмів серцево-судинної системи юних спортсменів під впливом тривалих фізичних навантажень у динаміці вікового розвитку дозволило оцінити індивідуальний функціональний стан серця за характером спрямування фазової траєкторії. Результати дослідження показали, що функціональна готовність, яка зумовлює адекватну адаптацію до фізичних навантажень, проявлялась у 80% хлопчиків і 85% дівчаток спортивних класів переміщенням напрямку фазової траєкторії із зони перенапруження регуляційних систем з високою частотою пульсу в 11-річному віці в зону норми і адаптації, що супроводжувалась порідшанням пульсу у 15 років. Виявлені також несприятливі зрушення в діяльності регуляційних систем у 15% хлопчиків і 6% дівчаток, коли фізичні навантаження були неадекватні адаптаційним можливостям організму. У цій групі учнів спостерігалось спрямування фазової траєкторії в зону напруження і перенапруження. У 5% хлопчиків і 9% дівчаток спортивних класів виявлені неповні сприятливі зрушення в діяльності регуляційних систем. У цій групі учнів тренувальні фізичні навантаження поступово зумовлювали зниження і нормалізацію напруги регуляційних систем, але водночас частота пульсу стабільно залишалась відносно високою. Отже, одержані дані дають підставу вважати, що наявна індивідуальна межа показників вегетативної регуляції серцево-судинної системи протягом багаторічних тренувань. Значне поглиблення таких процесів не завжди ефективно. Як показали дослідження, одним з методів оцінки індивідуальної тренованості може бути контроль за співвідношенням ступеня симпатичної і парасимпатичної регуляції.

Здійснена оцінка вікових змін рефлекторної перебудови серцево-судинної системи за даними електрокардіографічних досліджень і вимірювань артеріального тиску. У юних спортсменів під впливом фізичних тренувань виявлена тенденція до зниження артеріального тиску в межах фізіологічної норми, скорочення систолічного показника і збільшення тривалості механічної, електромеханічної систол і початкової частини шлуночкового комплексу, хвилеподібні зміни зубця Р, R, Т. Різниця між серцевими циклами коливалась від 0,1 до 0,2 с у 12, 14-річних і від 0,1 до 0,35 с у 15-річних юних спортсменів. У той же час у деякої частини юних спортсменів при перенапруженні систем регуляції виявлена виражена (0,35 с) і різко виражена (0,45 с) дихальна аритмія. На відміну від дорослих подовження серцевого циклу виникає не тільки за рахунок діастоли, але й систоли. Переважаючим типом ЕКГ у дітей і підлітків досліджуваних груп є нормальний, однак зустрічаються у різних співвідношеннях поряд з нормальним вертикальне положення осі і відхилення вправо.

Отже, можливість підтримувати високу функціональну активність кровообігу протягом багатьох років тренувань і в окремих їх періодах без порушень стану здоров’я зумовлена формуванням в організмі широкого спектру компенсаційно-пристосувальних реакцій, які пов’язані як з регуляторними процесами, так і з зрушеннями в органах. Разом з тим властиві сучасній системі тренувань високі навантаження при неправильному їх застосуванні і наявності навіть невеликих порушень здоров’я можуть створити передумови до перевантаження і зумовити несприятливий вплив тренувань на серцево-судинну систему організму.

Адаптивні реакції системи дихання учнів середнього шкільного віку під впливом тривалих фізичних тренувань. Дослідження адаптивних реакцій зовнішнього дихання юних спортсменів 11-15 років при фізичних навантаженнях в системі багаторічних тренувань показали, що в основі фізіологічних механізмів тривалої адаптації системи дихання лежать зміни її реактивності під час фізичного навантаження і в період його післядії. Сумарний ефект систематично повторюваних впливів основується на змінах чутливості і стійкості системи до нейрогуморальних факторів і динамічної структури реакції, які визначають підвищення ефективності і продуктивності функціонування в конкретних умовах навантаження. Знання особливостей функціонування системи споживання кисню юних спортсменів дає основу для визначення найбільш раціональної структури функціональних змін на різних етапах підготовки, яка відповідає функціональним можливостям дітей певного віку. Це пов’язане з тим, що збільшення неадекватних фізичних навантажень може стати причиною зниження ефективності дихання юних спортсменів. Вивчення механізмів тривалої адаптації уможливлює оцінку ступеня пристосування дітей і підлітків до різних режимів рухової активності.

Як показали наші дослідження, однакові об’єми фізичних тренувань викликали неоднакові зміни функцій зовнішнього дихання у дітей і підлітків однієї і тієї ж віково-статевої групи. Вираження ефектів значною мірою залежить від вихідного рівня функціональних властивостей. Встановлено, що процес тривалої адаптації у дітей і підлітків має конкретну структуру рівнів. За кількісними індивідуальними характеристиками рівнів економічності зовнішнього дихання нами виявлено в учнів середнього шкільного віку при тривалих фізичних навантаженнях три варіанти: дефіцит, належна величина і резерв економічності зовнішнього дихання (ЕЗД). Індивідуальний діапазон змін ЕЗД на основі конкретної структури рівнів перебуває в цілковитій залежності від індивідуальних функціональних і морфологічних особливостей віку, статі та об’єму фізичних навантажень. Виділяються періоди, коли в міру адаптації системи дихання величина реакції на однотипне навантаження знижується, в результаті чого тренувальний ефект у цих умовах виявляють тільки більші за інтенсивністю навантаження. Так, протягом перших двох років тренувань належні величини життєвої ємкості легень, максимальної вентиляції легень і їх рівнів (РЖЄЛ, РМВЛ) рівномірно збільшувались. У наступні періоди тренувань в учнів VІІ і VІІІ спортивних класів вищезазначені показники залишились без змін.

Виявлено, що формування динамічної структури енергетичної вартості і продуктивності зовнішнього дихання визначається статево-віковими особливостями організму. Так, енергетична вартість включно до 13-річного віку не відрізнялась у хлопчиків контрольних і спортивних класів, а у дівчаток починаючи з першого року тренувань, вона була вищою, ніж у їх ровесників контрольних класів. Подальші фізичні тренування знижували енергетичну вартість зовнішнього дихання у хлопчиків з 14-річного віку (РХОД становив 1384,8% проти 1544,8% у контролі при P<0,05) , у дівчаток – з 13-річного віку (РХОД становив 1124,8% проти 1565,4% у контролі при P<0,001). Стосовно динаміки змін продуктивності зовнішнього дихання можна стверджувати, що її величини зростали у хлопчиків, починаючи з другого року тренувань, а у дівчаток її зростання спостерігалось протягом усього періоду тренувань.

Взаємозв’язок продуктивності і енергетичної вартості зовнішнього дихання характеризується зворотною кореляцією, що зрештою стало наслідком підвищення економічності зовнішнього дихання. За якісною характеристикою рівня економічності зовнішнього дихання (РЕЗД) у більшості обстежуваних учнів треба відзначити його дефіцит. При цьому РЕЗД у більшості хлопчиків і дівчаток становить менше 100%. Таку кількісну характеристику мали 100% учнів V класу, 92% - VІ класу, 82% - VIІ класу, 88% - VІІІ класу та 72% учнів ІХ класу. Фізичні тренування підвищують РЕЗД і зменшують або нівелюють його дефіцит. Слід наголосити, що у деякої частини учнів РЕЗД був рівним або більшим 100%. Ці дані дозволяють трактувати адаптацію як процес цілеспрямованого підвищення функціональних можливостей організму.

До вікових особливостей реактивності зовнішнього дихання дітей і підлітків 11-15 років відноситься те, що в цей період в організмі всі фізіологічні процеси підвищено динамічні і перебувають у стані безперервного тривалого розвитку. Необхідно виділити наступні оптимальні ознаки: 1) кожен віковий період дітей і підлітків при тривалих тренуваннях характеризується оптимальним розвитком функцій дихальної системи, 2) прискоренням або уповільненням темпів функціонального розвитку, що визначається віком і тривалістю тренувань, 3) саме в цей період виникає великий діапазон індивідуальних відмінностей.

Аналіз адаптивних можливостей зовнішнього дихання у юних спортсменів показав, що незначне порідшання частоти дихання і його поглиблення наступало тільки після тривалого впливу фізичних навантажень на 4-5-му роках тренувань. Виявлена наявність значного зворотного зв’язку чутливості реакцій із ступенем економізації функцій системи дихання. Він пов’язаний також з структурою дихальних реакцій на природні хімічні подразники при фізичних навантаженнях. На основі одержаних кількісних показників ми виділяємо різну чутливість елементів системи дихання, яка відображає кумулятивний ефект тренувань. Показано, що визначений рівень, інші характеристики фізіологічних реакцій організму, чутливі елементи певним чином самі змінюються у процесі тривалих повторюваних впливів.

Дослідження можливої кореляційної залежності між вегетативними функціями дихальної системи та індивідуально-типологічними властивостями вищої нервової діяльності при тривалих повторюваних впливах фізичних навантажень показало, що середні значення показників економічності зовнішнього дихання в обстежуваних з різним рівнем функціональної рухливості мають деякі відмінності (табл. 1, 2).

Так, у хлопчиків і дівчаток виявлена істотна різниця між показниками РЖЄЛ, РРЗД, РЕЗД у крайніх групах з високою і низькою функціональною рухливістю основних нервових процесів. Показано, що фізичні тренувальні навантаження різної тривалості в обстежуваних групах залежно від типологічної градації зумовлюють неоднакову мобілізацію дихальної системи, а це позначається на економічності зовнішнього дихання. Також виявлено, що індивідуально-типологічні властивості вищої нервової діяльності, психомоторні якості людини супроводжуються активацією вегетативних функцій під впливом тривалих фізичних тренувань: у осіб з високим і середнім рівнем функціональної рухливості спортивні тренування більш виражено підвищують економічність системи дихання,