Особенности адаптационных резервов и моторных показателей психофизиологического статуса у учащихся кадетской школы: одномоментное исследование

Современные школьники в связи с усложнением учебного материала, компьютеризацией процесса обучения в условиях реформирования системы образования длительное время проводят в статическом положении, что обусловливает существенное ограничение двигательной активности, способствующее ухудшению функционального состояния растущего организма. Поиск путей решения проблемы гиподинамии у обучающихся является актуальной темой для педагогики, педиатрии и гигиены [1—4]. Извлечение положительного опыта организации урочной и внеурочной деятельности физкультурно-спортивной направленности в кадетских общеобразовательных учреждениях позволит, опираясь на традиционные подходы, повысить культуру здорового образа жизни, отвечающего объективным требованиям биологической программы развития человека [3, 5, 6].

Отличительными особенностями кадетских школ являются наличие дополнительных образовательных программ по военной подготовке с проведением практических полевых занятий, сопряженных с повышенными физическими нагрузками, и специфический уклад жизни [5—8]. Системность и регулярность тренировочного процесса в кадетских общеобразовательных учреждениях формируют выносливость курсантов и оказывают благоприятное влияние на состояние адаптивных процессов функциональных систем [5, 6, 9—11]. В процессе регулярной физической активности повышается эффективность работы сердечно-сосудистой системы и системы вентиляции, увеличивается мощность энергетических аэробных и анаэробных процессов [12—14].

В последнее время при оценке функционального состояния пристальное внимание уделяется психофизиологическому статусу, который определяется индивидуальными особенностями протекания нервных и психических процессов. Несмотря на то что в ряде работ акцентируется внимание на необходимости мониторинга психофизиологической адаптации для своевременного проведения медико-профилактических мероприятий, данных о влиянии физической активности на формирование когнитивно-моторных функций недостаточно [14—17].

Цель исследования — изучить особенности адаптационных резервов и моторных показателей психофизиологического статуса у учащихся кадетской школы.

Дизайн исследования. Выполнено открытое одномоментное исследование в параллельных группах. Проведен анализ результатов антропометрического, инструментального и нейропсихологического исследования.

Критерии соответствия. Обследованы 320 учащихся мужского пола средней общеобразовательной кадетской школы (СОКШ) и типовой средней общеобразовательной школы (СОШ) (232 и 77 мальчиков соответственно). С учетом возраста были сформированы три группы наблюдения в СОКШ и 3 группы сравнения в СОШ: 1-ю группу наблюдения (82 мальчика, средний возраст 8,25±0,32 года) и 1-ю группу сравнения (31 мальчик, средний возраст 8,67±0,61 года; p=0,218) составили учащиеся начальных классов в возрасте 7—11 лет; во 2-ю группу наблюдения и 2-ю группу сравнения вошли учащиеся средних классов в возрасте 12—14 лет (100 и 27 мальчиков, средний возраст 13,01±0,13 и 12,96±0,35 года соответственно; p=0,784); в 3-ю группу наблюдения и 3-ю группу сравнения были включены учащиеся старших классов в возрасте 15—17 лет (50 и 19 мальчиков, средний возраст 16,53±0,20 и 16,21±0,47 года соответственно; p=0,196).

Условием для включения школьников в исследование послужили наличие I—II группы здоровья, обучение в данной общеобразовательной организации с 1-го класса. Критериями исключения являлись: обострение хронических соматических болезней на момент осмотра и наличие острых респираторных и инфекционных заболеваний.

Условия проведения и продолжительность исследования. В исследование были включены учащиеся исследуемых образовательных организаций, прошедшие углубленный медицинский осмотр в рамках выполнения НИР «Научное обоснование способов диагностики и профилактики у детей заболеваний, связанных с особенностями современного образовательного процесса и образа жизни» сотрудниками ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. Период проведения исследования: с марта по апрель 2019 г.

Описание методов и объема медицинского вмешательства. Выполнен сравнительный анализ урочной и внеурочной деятельности учащихся, связанной с физической подготовкой. Данные о физической активности дополняли результатами раздаточного анкетирования учащихся.

Оценку функциональных резервов дыхательной и сердечно-сосудистой системы осуществляли с помощью функциональных проб, предусматривающих определение максимальной продолжительности произвольной задержки дыхания после вдоха (проба Штанге) и после выдоха (проба Генча), а также по индексу Скибинской (ИС), рассчитанному по формуле:

ИС=0,01ФЖЕЛ∙ЗД/ЧСС,

где ЧСС — частота сердечных сокращений (по пульсу, уд/мин), ФЖЕЛ — форсированная жизненная емкость легких (мл); ЗД — время задержки дыхания после спокойного вдоха (с) [18, 19].

Всем школьникам по стандартной методике выполняли биоимпедансный анализ состава тела с последующей интерпретацией центильным методом результатов фазового угла (ФУ), являющегося интегральным показателем тренированности организма, физической активности [20].

Для анализа нейродинамических особенностей проводили измерения времени когнитивной и моторной реакции с применением реакционного теста (RT) с применением компьютерной системы Vienna Test System. Тест предполагает презентацию разноцветных визуальных и/или акустических стимулов и фиксацию реагирования на сигналы нажатием кнопок. Среднее время реакции (мс), подразумевает время между появлением релевантного раздражителя и моментом, когда палец убирается с кнопки покоя. Время, которое проходит с момента отнятия пальца с кнопки покоя до времени нажатия на кнопку реакции в ответ на релевантный раздражитель, является средним временем моторной реакции (мс). RT позволяет оценить время сенсорной и моторной реакции индивидуума, определявшееся в каждом случае состоянием функции внимания у конкретного ребенка. Сенсомоторная деятельность предполагает взаимодействие сенсорных, двигательных путей периферической и образований центральной нервной системы и является индикатором психофизиологического статуса.

У учащихся разных возрастных групп было проведено сравнение средних величин показателей «среднее время реакции на визуально-аускультативный раздражитель», «среднее моторное время эффекторной реакции», «степень рассеивания времени реакции во время выполнения теста (утомляемость афферентной реакции)» и «степень рассеивания моторного времени во время выполнения теста (утомляемость эфферентной реакции)» [21].

Этическая экспертиза. Медицинские исследования были выполнены с соблюдением этических принципов, установленных Хельсинкской декларацией (1975 г. с доп. 1983 г.) и Национальным стандартом РФ ГОСТ-Р 52379-2005 «Надлежащая клиническая практика» (ICH E6 GCP) после получения у законных представителей детей письменного информированного добровольного согласия. Исследование одобрено Этическим комитетом ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН» (протокол №3, 2018 г.).

Статистический анализ. Размер выборки предварительно не рассчитывали. Статистическую обработку полученного материала осуществляли с помощью стандартных методов статистики с приложениями MS-Office. Значимость различий результатов ФУ, ИС, проб Штанге и Генча у детей 7—11 и 12—14 лет оценивали с применением Z-теста, у детей возрастной группы 15—17 лет по причине малой выборки группы — по F-тесту. Рассчитывали величины среднегрупповых значений (M) и ошибки средней арифметической (m) параметров (M±m) RT учащихся. Корреляционный анализ выполняли с применением критерия корреляции Пирсона (r) для выявления связей между факторами и результирующими показателями, для оценки тесноты связи применяли шкалу Чеддока. Различия считали статистически значимыми при заданном уровне p≤0,05.

Анализ организации образовательной деятельности показал, что одним из основных направлений воспитательной работы в СОКШ является физическое воспитание и здоровьесбережение. Занятия модифицированной интегрированной программы по физической культуре проводятся как в урочной, так и внеурочной форме на пришкольных спортивных площадках, в оборудованных зонах рекреации и естественных природных ландшафтах, а также на спортивных объектах, находящихся в собственности. Основным мотивом повышения интереса обучающихся к спортивной деятельности являются участие в соревнованиях разного ранга, акцентирование успехов присвоением разрядов, награждением отличительными знаками. Кадетами осваиваются двигательные умения игровых видов спорта: баскетбол (9 ч в неделю), футбол (4—5 ч в неделю), волейбол (3—6 ч в неделю); проводится лыжная подготовка; проходят обязательные занятия по легкой атлетике, гимнастике (9 ч в неделю), рукопашному бою (5—9 ч в неделю), организованы выезды в военно-спортивный лагерь (98 ч в год), в то время как в недельный объем учебной нагрузки обучающихся СОШ, реализующей традиционные программы общего образования, включены 3 ч физической культуры с использованием школьных спортивных сооружений.

Оценка степени вовлеченности обучающихся в спортивные мероприятия по результатам анкетирования показала, что из числа обследуемых в СОКШ 66 (28,4%) детей дополнительно занимались физкультурой и спортом ежедневно, 79 (34%) — с регулярностью 4—5 раз в неделю, что в 1,5—3,6 раза больше, чем в типовой СОШ: 6 (7,8%) и 18 (23,4%) детей соответственно (p=0,080—0,001). В то же время в СОШ оказалось в 1,7 раза больше учащихся, занимающихся физкультурой и спортом через день: 48 (62,3%) школьников против 86 (37,1%) школьников в СОКШ (p<0,001). При этом 5 (6,5%) учащихся СОШ вообще не занимались физкультурой и спортом, в СОКШ — 1 (0,5%) школьник (p=0,001). Отмечено, что 109 (47%) кадет занимались спортом от 6 до 9 ч в неделю, что в 2,9 раза больше, чем в СОШ: 12 (15,6%) школьников (p<0,001). Кроме того, в СОКШ относительно учащихся начальной школы (7—11 лет) в старших классах в 2,6 раза статистически значимо увеличилась доля детей с ежедневными физическими нагрузками: 15 (18,5%) детей против 24 (8%) детей (p<0,001); в СОШ различия не достигли статистической значимости: 1 (3,2%) и 2 (10,5%) школьника соответственно (p=0,270).

Анализ значений ФУ показал, что у кадет начальной школы относительно учащихся СОШ аналогичного возраста низкие величины ФУ встречались в 2,0 раза реже (p=0,079), различия между частотой регистрации высоких значений ФУ достигли статистической значимости в средних и старших классах (p=0,0002—0,050) (табл. 1), что принято связывать с тренированностью и физической активностью. При проведении корреляционного анализа выявлены статистически значимые слабые прямые связи между длительностью и регулярностью занятиями спортом и значением ФУ (r=0,21—28; p=0,032—0,012).

Таблица 1. Структура результатов оценки фазового угла у учащихся 7—11, 12—14 и 15—17 лет кадетской и средней общеобразовательной школы

Сопоставление результатов исследования функциональных резервов кардиореспираторной системы у учащихся начальной школы сравниваемых общеобразовательных организаций не выявило достоверных различий в структуре результатов ИС (табл. 2). В то же время при оценке результатов пробы Штанге и Генча установлено, что доля сниженных значений среди учащихся СОКШ в возрасте 7—11 лет была в 1,4 раза меньше, чем в начальной школе СОШ (p=0,008—0,027) (табл. 2), что характеризует оптимальное состояние аппарата внешнего дыхания и более высокую устойчивость организма к недостатку кислорода у кадет.

Таблица 2. Варианты реализации кардиореспираторных проб у учащихся 7—11, 12—14 и 15—17 лет кадетской и средней общеобразовательной школы

Практически каждый третий учащийся средних классов СОКШ имел хорошие результаты ИС, в СОШ таких детей было в 2,7 раза меньше (p=0,046), что свидетельствует о достаточных резервных возможностях не только органов дыхания, но и сердечно-сосудистой системы (см. табл. 2). Доля детей со сниженными оценками пробы Штанге в группе учащихся средних классов СОКШ была в 1,4 раза ниже относительно учащихся СОШ аналогичного возраста (p=0,012), пробы Генча — в 1,5 раза (p=0,007).

У 92% кадет и 94,7% учащихся СОШ в возрасте 15—17 лет показатели ИС соответствовали отличному и хорошему состоянию резервов дыхательной и сердечно-сосудистой систем. У старшеклассников СОКШ сниженные показатели пробы Штанге регистрировались реже в 1,5 раза (p=0,036), пробы Генча — в 1,6 раза, чем у детей группы сравнения аналогичного возраста (p=0,011) (см. табл. 2). Установлены статистически значимые прямые связи слабой и умеренной силы между длительностью, регулярностью занятиями спортом и временем задержки дыхания на вдохе (r=0,12—0,45; p=0,011—0,014) и на выдохе (r=0,17—0,42; p=0,015); между значением ФУ и временем задержки дыхания на вдохе (r=0,14; p=0,030), выдохе (r=0,18; p=0,010), ИС (r=0,50; p=0,012).

Оценка результатов психофизиологического тестирования показала, что у учащихся СОКЩ всех возрастных категорий среднее время реакции было меньше, чем в группах сравнения (p=0,042—0,066), что свидетельствует о более высокой скорости реагирования (табл. 3).

Таблица3. Показатели реакционного теста учащихся 7—11, 12—14 и 15—17 лет кадетской и средней образовательной школы

Значения среднего моторного времени также были ниже у кадет в возрасте 12—14 лет (p=0,086), но в старших классах достигли статистической значимости (p=0,004) (табл. 3). Результаты психофизиологического тестирования и известная зависимость длительности зрительно-моторной реакции от проведения возбуждения по путям периферической и участкам центральной нервной системы позволяют сделать вывод о более высоких функциональных резервах нервной системы у учащихся СОКШ. Статистически значимых различий между показателями степени рассеивания времени реакции и моторного времени, связанными с устойчивостью внимания, не установлено (см. табл. 3). По результатам корреляционного анализа установлена обратная связь умеренной силы между значением среднего времени реакции и ФУ (r= –0,35; p=0,036), а также обратная связь слабой силы — между средним моторным временем и ФУ (r= –0,15; p=0,025).

В ходе исследования было установлено, что регулярные занятия физической культуры в кадетской школе формируют тренированность и выносливость организма и оказывают благоприятное влияние на состояние функциональных резервов кардиореспираторной системы, что проявилось в высокой доле кадет с повышенными значениями ФУ и низкой доле — со сниженной устойчивостью организма к недостатку кислорода по результатам выполнения пробы Штанге и Генча.

Ранее Н.А. Федько и соавт. [22] провели комплексную оценку соматического здоровья обучающихся в образовательных организациях разного типа и подтвердили зависимость уровня физического здоровья кадет от особых режимных условий, физической нагрузки. В исследовании Е.С. Богомоловой и соавт. [23] была установлена взаимосвязь организации физического воспитания с физическим здоровьем школьников, которое оценивалось по морфофункциональным показателям и толерантности к физическим нагрузкам. С целью оценки функционального статуса K. Norman и соавт. [24] предложили применять оценку ФУ, который также отражает степень физического развития. В настоящем исследовании связь между значением ФУ и уровнем функциональных резервов (по результатам кардиореспираторных проб) подтверждена результатами корреляционного анализа. Полученные данные вполне закономерны ввиду известного положительного влияния тренировки на индивидуальную устойчивость организма к дефициту кислорода, заключающегося в совершенствовании механизмов, поддерживающих кислородный режим организма на должном уровне за счет увеличения мощности аэробных и анаэробных процессов энергообразования, оптимизации метаболизма [12—14, 21, 23—25].

Анализ ранее опубликованных материалов, посвященных влиянию физической активности на моторные показатели психофизиологического статуса, продемонстрировал ограниченность и фрагментарность данных исследований. Положительное влияние физической активности на когнитивные функции и успеваемость детей школьного возраста было отмечено в работах зарубежных исследователей: J. Donnelly и соавт., T. Wassenaar и соавт., K. Erickson и соавт. [16, 17, 26]. Неоднозначные результаты были получены в когортных и поперечных исследованиях при изучении академической успеваемости в условиях повышенной физической нагрузки: в одном исследовании улучшения результатов наблюдались в математике и чтении, а в другом — в чтении и правописании [16]. J. de Greeff и соавт. [27] была предпринята попытка выявить связи между типом, продолжительностью физической активности и исполнительными функциями, вниманием и успеваемостью у детей в возрасте 6—12 лет. Результаты исследования подтвердили связь высокой привычной физической активности и тренированности с повышением подвижности нервных процессов, на что указывает укорочение времени зрительно-моторной реакции у кадет и наличие обратных корреляций между значением ФУ и средним временем реакции, средним моторным временем.

Перспективы дальнейшего исследования проблемы заключаются в более детальном изучении сложных взаимосвязей между физической активностью и когнитивными функциями на большем статистическом материале.

Недооценка роли низкой физической активности в развитии нейродинамического дефицита и психофизиологического тестирования в оценке функционального состояния ребенка в целом является серьезным пробелом в изучении напряжения адаптационных процессов школьников.

Кадеты, имеющие высокий уровень привычной физической активности, системный характер физических нагрузок, продемонстрировали лучшее состояние дыхательной системы и большую устойчивость организма к недостатку кислорода по сравнению с учащимися СОШ. Регулярные физические нагрузки у кадет способствуют ускорению зрительно-моторной реакции. Мониторинг нейродинамических особенностей с применением компьютерных экспресс-методик может быть применен для определения текущего функционального состояния школьника и своевременной разработки медико-профилактических мероприятий.

Участие авторов: концепция и дизайн исследования — И.Е. Штина, С.Л. Валина; сбор и обработка материала — И.Е. Штина, Л.В. Ошева, О.А. Маклакова; статистическая обработка данных — И.Е. Штина, Л.В. Ошева; написание текста — О.Ю. Устинова, С.Л. Валина, Д.А. Эйсфельд; редактирование — О.Ю. Устинова, С.Л. Валина, И.Е. Штина.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.