Выработка мер, позволяющих ослабить действие на детей неблагоприятных факторов в процессе учебных занятий, не менее важна, чем соблюдение мер профилактики в организации трудовой деятельности. Ни то, ни другое невозможно без всестороннего изучения процесса адаптации к этим видам деятельности и условиям их организации, без выявления систем, в которых происходят первичные адаптационные сдвиги, без установления степени напряжения этих систем по интегральным показателям, физиологической существенности сдвигов в их функциях, взаимодействия между отдельными системами и тесноты.связи между функциональными сдвигами (коэффициент синхронизации функций, индексы напряжения, показатель суточной адаптивности и др.).
Проблема адаптации человека к различным внешним экстремальным воздействиям последние 20 лет являлась ведущей среди исследований в области физиологии и гигиены. В числе частных проблем велись исследования адаптации учащихся к учебным нагрузкам. Разработка этого направления проблемы адаптации, связанного с обучением, воспитанием, охраной и укреплением здоровья детей и подростков, - одна из главнейших социальных потребностей. В соответствии с этим в течение 6 лет на системном уровне в условиях естественного эксперимента осуществлялось комплексное изучение адаптации младших школьников к учебной нагрузке при строгом учете сопутствующих ей эндогенных и экзогенных факторов. Из экзогенных факторов, при равном дневном и недельном объеме учебной нагрузки, а также применении обязательных принципов дидактики и частных методик преподавания в учебном процессе, изучено значение повышенной ДА детей в режиме дня и продолжительности урока. Из эндогенных факторов учитывались: возраст, готовность ребенка к обучению по морфофункциональным и психофизиологическим показателям, состояние здоровья, функциональные перестройки организма в связи с половым созреванием. Санитарное состояние и санитарное содержание школ, в которых были развернуты исследования, строго контролировались и отвечали действующим санитарно-гигиеническим правилам и требованиям.
Для выявления особенностей приспособления организма школьников к учебной нагрузке исследования велись первые 6 - 9 нед от начала каждого учебного года, затем в начале, середине и конце каждой учебной четверти с 1 по 4 класс. Некоторые исследования (нейрофизиологов, гематологов) осуществлялись трижды в учебном году: осенью, зимой (декабрь), весной (апрель - май).
В условиях традиционных по продолжительности уроков (45 мин) и всего режима продленного дня объем ДА у школьников составлял не более 11% от общего недельного бюджета времени, предусмотренного для учебной и творческой деятельности.
В условиях Э-режима уроки в начальных классах были сокращены до 35 мин, а объем ДА доведен до 50% общего недельного бюджета времени, отведенного на учебную и творческую деятельность.
Известно, что в результате адаптации организма возникает перестройка функций ведущих физиологических систем, переход их на новый уровень регулирования, повышается устойчивость организма к воздействию факторов внешней среды, возрастает надежность биологических систем. Это теоретическое положение стало исходным при изучении у детей в процессе учебной деятельности уровней и динамики показателей в течение дня, недели и учебного года различных физиологических систем: ЦНС (умственная работоспособность, точность и координация движений, условнорефлекторные реакции); функциональное состояние головного мозга по частотной характеристике ЭЭГ в состоянии относительного покоя и при активации; вегетативные параметры - статистические характеристики сердечного ритма в процессе учебной деятельности и в состоянии относительного покоя, экскреция электролитов со слюной (Na/К), температура открытых и закрытых поверхностей тела; система крови и оксигенация; активность эндокринной системы по экскреции с мочой катехоламинов и основного метаболита серотонина (5-ОИУК), реакции срочной адаптации на дозированные и физические нагрузки.
Изучение физиологии сердечно-сосудистой системы школьников позволило получить ряд существенных теоретических и практических данных. Общее направление исследований имело целью изучение реакции гемодинамики - центрального и периферического звеньев кровообращения на суммарную учебную нагрузку, а также на дозированные умственные и физические динамические и статические нагрузки.
В результате анализа полученных данных выявлены определенные закономерности и взаимосвязь реакций основных физиологических систем организма детей 7 - 11 лет в процессе адаптации к учебной нагрузке. Их надежность обусловлена достаточно репрезентативным объемом исследований (более 600 тыс. данных) и корректностью математической обработки (р <0,05 - <0,001).
В результате комплексных исследований, проведенных в течение ряда лет индивидуализирующим методом по единому плану и единым программам, были установлены небезынтересные факты.
В дневной, недельной и годовой динамике функциональных показателей детей 7 - 11 лет прослеживались возрастные закономерности вне зависимости от режима обучения, действующего в той или иной из школ. Однако изучение умственной работоспособности, условнорефлекторных и поведенческих реакций, точности тонких двигательных координаций, вегетативной реактивности позволило проследить процесс приспособления организма детей к новому виду нагрузки (учебной) с началом систематического обучения и возобновлением его после летних каникул, изменением интенсивности и объема учебной нагрузки после завершения начального этапа образования.
Изменения параметров умственной работоспособности в первые 6 - 9 нед от начала каждого учебного года характеризовались примечательной особенностью. Количественные и качественные параметры изменялись разнонаправленно в течение дня и недели при значительной дневной и недельной амплитуде колебаний этих показателей. Более всего такие изменения были выражены у первоклассников. При разнонаправленных изменениях показателей умственной работоспособности в течение дня и от понедельника к субботе у первоклассников от 1-й к 4-й нед количественный параметр нарастал интенсивнее, чем качественный. От 4-й к 6-й нед прослеживалось более интенсивное нарастание качественного параметра умственной работоспособности. Указанные изменения инетнсивностей нарастания и их разности статистически значимы.
Примечательным было и то, что при относительно высоком коэффициенте синхронизации функций в течение учебного года (КСФ=0,51 - 0,64) на 1 - 2-й нед обучения детей в процессе учебных занятий КСФ был очень низким (0,22) и возрастал до 0,63 на 6-й нед. Разнонаправленность изменений параметров работоспособности в первые недели учебного года проявилась также у школьников 9 - 11 лет. Однако КСФ на первых неделях был более высоким (0,54 - 0,66), чем у первоклассников. Видимо, у школьников 2 и 3 классов разнонаправленность изменений исследованных показателей связана с временной потерей организмом рабочей установки за период летних каникул. Начиная с 5 - 6 нед у второклассников и с 4 - 5 нед у третьеклассников отчетливо и интенсивно начинают нарастать качественные параметры работоспособности, особенно САВТ.
Помимо указанных особенностей в изменении психофизиологических и физиологических показателей у детей 7 - 8 и 9 - 10 лет первые недели начала систематического обучения характеризовались смещением дней оптимума работоспособности от вторника на 1 - 2-й нед к среде и четвергу на 3 - 4-й нед с последующим возрастанием ко вторнику на 5 - 6-й нед. Возможно, такое проявление процесса адаптации - результат временного изменения циркадных макроритмов из-за некоторой дискоординации функций организма при становлении их на новый уровень регулирования с переходом дошкольников на новую ступень воспитания и образования.
Совокупность наблюдений в первые 6 - 9 нед обучения позволили выделить три фазы процесса адаптации учащихся к учебной нагрузке. На 1 - 4-й нед развертываются, видимо, первая фаза адаптации - ориентировочного приспособления (возбуждения, декомпенсации) и вторая фаза - неустойчивого, неполного приспособления - активный поиск организмом устойчивых состояний, соответствующих новым условиям среды, видам деятельности и их режимам. Регистрируемые изменения на 5 - 6-й нед позволяют говорить о наступлении третьей фазы - относительно устойчивого приспособления. Именно эта фаза начинает сопровождаться эффектом тренировки - нарастанием параметров работоспособности, особенно качественных, снижением симпато-адреналовых влияний, увеличением синхронизации в дневной динамике показателей физиологических систем.
В разных условиях воздействия экзогенных факторов, в частности при различном сочетании объема ДА и организации учебных занятий, наблюдалось укорочение каждой из фаз процесса адаптации при меньшей дневной и недельной амплитуде колебаний психофизиологических и функциональных показателей. Особенно это демонстрируют интегральные показатели суточной, недельной и годовой адаптивности. Динамика этих показателей была у школьников при Э-режиме на протяжении всего года более благоприятной, нежели при Т-режиме, с ограниченной ДА и 45-минутными уроками. Напомним, что увеличение показателей адаптивности и КСФ (повышение степени тесноты связей между показателями) указывает на активацию САС и мобилизацию жизненных ресурсов в процессе адаптации.
Динамика степени напряжения систем вегетативного обеспечения отчетливо прослеживалась по статистическим характеристикам сердечного ритма, в частности по сдвигам в величине ИН. Изменения этого статистического параметра демонстрируют напряжение функционального состояния сердечно-сосудистой системы в первые недели учебного года и в его конце (утомление), это проявляется более у детей 7 - 8 лет и менее - у школьников 10 - 11 лет.
Рис. 36. Динамика умственной работоспособности (1), условнорефлекторных реакций (2 - латентный период и 3 устойчивость дифференцировки), экскреции с мочой 5-ОИУК (4) и адреналина (5) у первоклассников
Изменения работоспособности в недельных, четвертных и годовых периодах согласовывались у школьников со сдвигами нейрофизиологических показателей и с изменениями САС, а также системы серотонина, энергетическим и минеральным обменом (рис. 36). В условиях повышения ДА детей САС и система серотонина испытывали у младших школьников меньшее напряжение, нежели при традиционной организации учебных занятий и ограничений ДА.
Успешность и безболезненность адаптации учащихся к учебной нагрузке связаны с возрастом и с таким эндогенным фактором, как готовность организма ребенка к началу систематического обучения. У части детей 7 и особенно 6 лет, не готовых к систематическому обучению по морфофункциональным и психофизиологическим показателям, «незрелость» проявляется не только в низких показателях работоспособности, резких колебаниях ее количественных и качественных показателей, но и запаздывании на 4 - 5 нед установления фазы относительно устойчивого приспособления. Существенным образом сказываются на процессе адаптации также состояние здоровья, особенно функциональные отклонения в психоневрологической сфере. Дети 7 - 8 лет, у которых диагностированы психоневрологические отклонения функционального характера, обладают низкой и неустойчивой работоспособностью. Период адаптации таких учащихся резко затягивается. Динамика ПГАд свидетельствует о существенном напряжении у таких детей ЦНС.
У части третьеклассников - девочек 10 лет, при прочих равных условиях обучения, было отмечено большее напряжение ряда функциональных систем, чем у девочек 9 лет, что находилось в прямой связи с начавшимся половым созреванием этих девочек. Напряжение функциональной системы адаптации выражалось в неустойчивой работоспособности, ухудшении реакции срочной адаптации на дозированную умственную и физическую работу, в изменении частотной характеристики ЭЭГ - смещении Мо частоты ритма в сторону меньших величин (нижней границы спектра), которые обычно свойственны данному возрасту и функциональному состоянию головного мозга ребенка в фазу относительно устойчивой адаптации к учебной нагрузке.
Детальное ознакомление с состоянием здоровья учащихся начальных классов в школах, где были развернуты исследования по изучению адаптации организма детей 7 - 11 лет к учебной нагрузке, показало, что они по компонентам здоровья (физическому развитию, зрению, осанке, неврологическим отклонениям) не имели существенных отличий от контингентов школьников начальных классов массовых образовательных школ.
От начала к концу каждого учебного года и за весь период наблюдений учащиеся сохраняли свой уровень физического развития. О нормальном росте и развитии детей свидетельствуют также годичные прибавки по основным соматометрическим и физиометрическим показателям. Прибавки по физиометрическим показателям и двигательной подготовленности от начала к концу учебного года, равно как и годичные прибавки, были существенно большими у школьников 1 - 3 классов в условиях повышенной ДА (t = 2,1-12,1; р <0,05 - <0,001). Однако у ослабленных детей как на первом, так и на последующих годах обучения была выявлена неблагоприятная динамика массы тела. У этих детей дефицит массы тела часто сочетался с рядом других отклонений в состоянии здоровья.
Повышение двигательной активности в режиме дня и учебной недели благоприятно сказалось на осанке детей. Динамика содержания гемоглобина в крови проявила устойчивость. Было выражено относительное постоянство содержания гемоглобина в каждом эритроците. Эта особенность указывает на повышение функциональных возможностей организма поддерживать количество гемоглобина красной кровяной клеткой на оптимальном для ее функционирования уровне. АД соответствовало у детей возрастным нормативам и проявило закономерное увеличение с возрастом при уменьшении ЧСС и отсутствии уменьшения пульсового давления.
Изменения частоты миопии, хронического тонзиллита, психоневрологических отклонений у детей от начала к концу каждого учебного года и на протяжении 3 лет обучения были общеизвестными. Обычными были также показатели заболеваемости с временной потерей трудоспособности: количество пропусков учебных дней на 100 детей (посещающих школу весь учебный год), продолжительность одного случая заболевания, структура заболеваемости. От начала к концу каждого года обучения у наблюдаемых контингентов детей, обучающихся в условиях повышенной ДА, сохранились исходные (до начала наблюдений) распределение по группам здоровья и уровень здоровья.
Существенными оказались у детей сдвиги гемодинамики в течение учебного года от сентября к маю: учебная нагрузка вызывает снижение сосудистого тонуса и лишь у части учеников 1 класса - его повышение, свидетельствуя об особенно выраженном у этой категории детей напряжении функциональной системы. У детей 9 - 10 лет все сдвиги кровообращения выражены в меньшей степени, чем 7 - 8-летних. Это говорит о совершенствовании адаптационных механизмов с возрастом. В связи со снижением сосудистого тонуса к концу учебного года гемодинамические показатели оказываются ниже возрастных величин.
Изучение адаптационных характеристик организма младших школьников на основании метаболических сдвигов свидетельствует о плодотворности таких исследований. У школьников наблюдается активация окислительных ферментов в процессе адаптации к учебной деятельности, она более выражена у первоклассников в сравнении с третьеклассниками. Выявленный метаболический уровень подтвердил результаты физиолого-инструментальных исследований, показавших наиболее выраженные сдвиги кровообращения у первоклассников. У последних кроме активации окислительных ферментов и повышения удельного веса их анаэробных фракций значительно увеличивается содержание молочной и пировиноградной кислоты в крови, свидетельствуя об усилении активности гликолитических процессов.
Обобщение результатов проведенных исследований позволило установить ряд новых фактов. Учебная нагрузка и связанная с ней совокупность факторов, приведенных в соответствие с требованиями гигиены, вызывают у школьников адаптивные реакции, которые прослеживаются на всех уровнях. Характер и степень взаимосвязи этих реакций позволяют заключить, что строго регламентированные объем и рациональная организация учебных занятий, а также всего продленного дня в 1 - 3 классах оказывают на детей влияния, далекие от экстремальных воздействий. Выявлена закономерная связь адаптации с многими факторами: состоянием здоровья, готовностью первоклассника и отдельно девочек и мальчиков по морфофункциональным и психофизиологическим показателям к систематическому обучению; функциональными перестройками, обусловленными половым созреванием; объемом ДА; продолжительностью урока, а следовательно, непрерывностью воздействия статического компонента учебной деятельности.
Становление физиологических систем на новый уровень регулирования в процессе адаптации к учебной нагрузке протекает тем быстрее и при меньшем функциональном напряжении основных физиологических систем (ЦНС, эндокринной, сердечно-сосудистой, обмена веществ и энергии), чем в большей мере в организации учебной деятельности и режима дня учтены возрастные анатомо-физиологические особенности детей и нивелирован такой фактор риска для здоровья и работоспособности, как пониженная ДА.
Фаза относительно устойчивого приспособления организма к учебной нагрузке, сопровождающаяся эффектом тренировки функций, у первоклассников захватывает 5 - 9-ю нед от начала систематического обучения, во 2 и 3 классах устанавливается раньше - на 5 - 6-ю нед, а в 4 классе снова отдаляется, при отчетливой выраженности двух первых фаз - ориентировочного и неустойчивого приспособления. Меняющиеся условия обучения, усложнение учебного материала с завершением начального образования - следующая ступень долговременной адаптации учащихся к учебной нагрузке.
Колебания экскреции адреналина, уровня обмена серотонина, энергетического и минерального обмена сочетаются в течение учебного года с подъемами и спадами работоспособности школьников (r= + 0,64 - 0,74; р<0,01). Отсутствие связи или заметная и высокая степени тесноты связи прослежены между показателями, отражающими функциональное состояние ЦНС (умственная работоспособность, условнорефлекторные реакции, точность двигательных координаций), статистическими параметрами сердечного ритма, температурой тела, содержанием натрия и калия в слюне. Констатировано отсутствие связи (r=0,3) между указанными показателями у детей перед началом учебных занятий, в первую и вторую фазы адаптации, а также в периоды дезадаптации и утомления организма - конец рабочего дня, учебной недели, начало и конец четвертей учебного года. Заметная и высокая (r=0,5 - 0,8) степень тесноты связи между этими же показателями наблюдалась в часы и дни оптимума физиологических функций, в третью фазу адаптации - относительно устойчивого приспособления в середине учебных четвертей. Заметная и высокая степень тесноты связи между различными показателями отражает степень синхронизации деятельности основных физиологических систем в процессе адаптации организма к учебной нагрузке, тренировки и утомления.
Весьма информативными, интегральными критериями адаптивности организма к учебной нагрузке оказались ПСАд, ПНАд и ПГАд по качественному параметру работоспособности и комплексу вегетативных показателей. Величина и направленность изменений этих показателей в суточном, недельном и годовом временных периодах характеризует степень напряжения функциональных систем организма ребенка под влиянием комплекса воздействующих экзогенных факторов (учебная деятельность и ее организация, объем ДА, условия обучения).
Долговременную адаптацию детей к учебной нагрузке четко отражают: устойчивость работоспособности и сопротивляемость утомлению в процессе деятельности; интенсивное нарастание качественных показателей работоспособности с возрастом; высокие коэффициенты синхронизации функций; гармоническая положительная динамика основных показателей физического развития; сохранение возрастных закономерностей полового созревания и изменений пропорций тела, совершенствование функциональных систем.
Недельный объем ДА, составляющий суммарно 50% от времени, предусмотренного для учебной и творческой деятельности, можно считать достаточным для детей 7 - 11 лет. В таком объеме ДА содействует адаптации к учебной нагрузке, повышает работоспособность и сопротивляемость утомлению в течение учебного дня, недели, всего учебного года, благоприятствует повышению функциональных возможностей сердечно-сосудистой системы, гармоничному нарастанию показателей физического развития и физической подготовленности.
Реакции срочной адаптации по показателям центральной и периферической гемодинамики на дозированную физическую и умственную нагрузку (интенсивность сдвигов, их тип, скорость восстановления) на протяжении учебного года и ряда учебных лет, при прочих равных условиях, отражают долговременную адаптацию детей 7 - 10 лет к учебной нагрузке в связи с полом, возрастом, функциональным состоянием организма.
В степени напряжения, быстроте становления функциональных систем на новый уровень регулирования и устойчивости этого уровня при возобновлении прерванной привычной деятельности или изменении ее объема, интенсивности и условий организации проявляется морфофункциональная зрелость систем, прежде всего ЦНС, а также надежность биологической системы.
Установлены также возрастные и половые особенности адаптации организма школьников 7 - 8 и 9 - 10 лет к физическим нагрузкам разной интенсивности. Абсолютные показатели мощности и объема выполненной работы интенсивностью 50 - 80% у мальчиков выше, чем у девочек. Половые различия не выявлены лишь при выполнении максимальной нагрузки. Обнаружены возрастно-половые особенности функционирования двигательного аппарата, сердечно-сосудистой и дыхательной систем в процессе мышечной деятельности. Так, показано, что у девочек по сравнению с мальчиками величины скрытого периода мышечного сокращения после нагрузок 80 и 100% значимо больше. Ударный и минутный объем сердца при мышечной работе у девочек достоверно ниже, чем у мальчиков. Выявлены возрастные особенности потребления кислорода при нагрузках разной интенсивности. Отмечено, что выполнение детьми физических нагрузок, продолжительность которых превышает 2,5 мин, обеспечивается преимущественно аэробными процессами. Эффективность кислородно-транспортной функции повышается с возрастом за счет уменьшения рабочего уровня ЧСС и ЧД. Исследования физической работоспособности младших школьников индивидуализирующим методом выявили благоприятную динамику физической работоспособности у детей.
Разработанные формы и методы организации учебно-воспитательного процесса в 1 - 3 классах школы полного дня обеспечивают высокую педагогическую эффективность: повышают познавательную активность учащихся, их качество знаний и навыков, расширяют возможности эстетического, трудового и физического воспитания.
При прочих равных условиях 35-минутная продолжительность уроков более гигиенична, физиологична, педагогична, чем 45-минутная, ибо обеспечивает укорочение непрерывных периодов учебной работы и сокращает тем самым неблагоприятное воздействие статического компонента позной деятельности на функциональное состояние центральной нервной и сердечно-сосудистой системы; дает возможность два смежных урока отводить одному предмету и выделять время для самоподготовки детей.
