Динамика показателей функционального состояния организма и работоспособности у детей младших классов с разной школьной успешностью

Введение

Начало школьного обучения является одним из самых сложных периодов в жизни ребенка, в котором значимую роль играет успешная результативность деятельности. Понятие школьной успешности тесно связано с умением достигать хороших результатов в учёбе и рассматривается как когнитивно-аффективное, оценочно-самооценочное, нервно-психическое состояние удовлетворенности от реализации своих способностей [1]

Успешность обучения зависит как от условий, в которых находится ребенок, так и от его внутреннего потенциала, особенностей не только интеллекта, но и функционального состояния организма, его работоспособности. В этом ключе становится понятным, что для успешного учебного процесса крайне важным является соответствующий уровень здоровья и физической подготовленности, которые обеспечивают оптимальную адаптацию к школьным нагрузкам [2]. И именно это обусловило то, что основная масса работ посвящена причинам и анализу неуспешного обучения в школе, слабо успевающим ученикам, включая как психологические стороны, так и факторы, характеризующие соматический статус [3][4]. Здоровью же интеллектуально одаренных детей посвящены единичные работы [5].

Цель исследования — изучение показателей функционального состояния организма и работоспособности в динамике обучения у детей младших классов с разной школьной успешностью.

Материалы и методы

В открытое проспективное нерандомизированное сравнительное исследование, проводимое в течение 2018–2023 гг., вошли дети 1–4 классов средних общеобразовательных школ г. Ростова-на-Дону (n=631). Все дети были разделены на две группы. В I группу вошло 82 ученика (36 мальчиков и 30 девочек) с отличной успеваемостью и набравшие в тестах Е. Торренса 66 баллов и выше, Д. Векслера и по шкале интеллекта Стэнфорд-Бине — 120 и более баллов. Во II группу — 491 ученик (252 мальчика и 239 девочек) с хорошей успеваемостью, которые набрали по шкале интеллекта Стэнфорд-Бине и в тесте Д. Векслера 90–119 баллов, а в тесте Е. Торренса — 40–65 баллов.

Критерии включения: дети 1–4 классов (7–10 лет), подписанное родителями/опекунами информационное согласие на участие в исследовании, отсутствие декомпенсированных состояний/заболеваний. Критерии исключения: дети младше 7 или старше 10 лет, неподписанное родителями/опекунами информационное согласие на участие в исследовании, наличие декомпенсированных состояний/заболеваний.

Для оценки функционального состояния вегетативной нервной системы детей, в частности соотношения возбудимости её симпатического и парасимпатического отделов, определялся вегетативный индекс Кердо (ВИК), который рассчитывался по формуле:

(1 – Д / ЧСС) × 100%,

где Д — величина диастолического давления, ЧСС — частота сердечных сокращений за 1 минуту.

Исходный вегетативный тонус оценивался следующим образом: нормотония — вегетативный индекс Кердо (ВИК) от –10 до +10; симпатикотония — ВИК более +10; ваготония — ВИК менее –10. При полном вегетативном равновесии в сердечно-сосудистой системе ВИК = 0.

Если коэффициент положительный, то преобладает симпатическое влияние. Если отрицательный — парасимпатическое [6].

Способность сердечно-сосудистой системы ребенка адаптироваться к физическим нагрузкам малой мощности (переносимость динамической нагрузки) определяли с использованием пробы Руфье. Индекс Руфье (ИР) рассчитывался по формуле:

4 × (Р₁ + Р₂ + Р₃) - 200/10,

где P₁ — частота пульса в покое, Р₂ — частота пульса за первые 15 секунд первой минуты восстановления, Р₃ — частота пульса за последние 15 секунд первой минуты восстановления. Для оценки результатов использовали следующую шкалу: 1) ИР ≤ 3 — работоспособность «отличная»; 2) ИР находится в диапазоне от 4 до 6 — «хорошая»; 3) ИР от 7 до 9 — «средняя»; 4) ИР от 10 до 14 — «удовлетворительная». 5) ИР — 15 и более — «плохая»¹ .

Оценку функционального состояния кислородообеспечивающих систем организма исследовали при помощи пробы Генчи (максимального времени задержки дыхания после глубокого выдоха) ². За показатели нормы у мальчиков в возрасте 7, 8, 9 и 10 лет были приняты 14, 18, 19 и 22 сек., у девочек, соответственно, — 15, 17, 18 и 21 сек.³ . В связи с отсутствием статистической разницы в ходе исследования гендерные группы были объединены.

Адаптационный показатель (АП) определяли методом Фридриха Халберга (длительность индивидуальной минуты). У детей с высокими способностями к адаптации индивидуальная минута превышает минуту физического времени. У младших школьников с невысокими способностями к адаптации индивидуальная минута ниже физического времени. Тест проводился с учётом возраста ребенка⁴.

Для оценки физической подготовленности мы совместно с педагогами физической культуры провели тестирование детей на уроках по показателям, которые отражают уровень ведущих физических качеств: общей выносливости (модифицированный тест К. Купера — 6-минутный бег, м), скоростно-силовых способностей (тест — прыжок в длину с места, см); двигательной ловкости и координации (челночный бег 3x10 м, сек.)^5,6.

Умственную работоспособность младших школьников исследовали при помощи таблиц Шульте, определяя степень врабатываемости, эффективность работы и утомляемость [7].

Статистическая обработка полученных результатов проводилась в операционной системе Windows XP с использованием программ «Microsoft Office Excel 7.0» и «Statistica 10.0» (США). Для определения достоверности различий в альтернативных выборках в связи с распределением показателей отличным от нормального использовали U-критерий Манна-Уитни для несвязанных выборок. Анализ количественных показателей двух связанных выборок в динамике определялся с помощью W-критерия Уилкоксона. Количественные признаки характеризовали с помощью расчёта среднего арифметического значения и среднего квадратичного отклонения (M±σ). Статистическую значимость результатов устанавливали при р<0,05.

Результаты

Оценка функционального состояния вегетативной нервной системы показала, что значения ВИК у школьников I группы на всем протяжении обучения в начальных классах были статистически значимо выше по сравнению со II группой (табл.1).

Более детальный анализ позволил установить, что во 2-м классе наблюдалось снижение показателей в обеих группах с последующим нарастанием в 3-м и 4-м классах. В результате уровни ВИК в 4-м классе у детей I группы были статистически значимо выше таковых в 1-м классе и составили в конце обучения в начальной школе в среднем 14–15 усл. ед., что является пограничными значениями между нормо- и симпатикотонией. Означенные показатели вегетативного индекса были в 3 раза выше по сравнению с контрольной группой (4,94±0,32 усл. ед.).

Учитывая, что функциональное вегетативное состояние отражается на работоспособности всех органов и систем и в первую очередь на сердечной деятельности, мы исследовали способность сердца адаптироваться к физическим нагрузкам по показателю сердечной деятельности (ПСД) в пробе Руфье. Анализ результатов показал отсутствие достоверной разницы между значениями индекса Руфье у детей обследуемых групп в 1-ом классе. Однако уже со 2-го класса обучения в школе показатели означенного индекса были ниже у детей II группы, что свидетельствовало о более развитых адаптационных возможностях сердечно-сосудистой системы. В дальнейшем разница между сравниваемыми группами продолжала нарастать, составив в 4-м классе 32,88%.

Оценить функциональное состояние не только сердечно-сосудистой, но и дыхательной системы нам позволила проба Генчи, определяющая реакцию на дефицитарность кислорода и позволяющая судить о кислородном обеспечении организма. Исследование показало, что, начиная со 2-го класса, между детьми сопоставляемых групп наблюдалась статистически значимая разница показателей, которая проявлялась более низкими значениями (на 1–2 сек.) у детей I группы, указывая на недостаточную устойчивость организма к гипоксии.

Учитывая описанную в литературе [8] взаимообусловленность между значениями соматовегетативных сдвигов и адаптивными показателями, определяемыми методом Ф. Халберга «длительность индивидуальной минуты», мы проанализировали динамику изменений в данном тесте у обследуемых групп детей. Исследование адаптационного потенциала методом Ф. Халберга «длительность индивидуальной минуты» показало, что у детей основной группы индивидуальная минута короче. Причем если разница в 1-м классе составила 4,73 сек., то в 4-м классе — 6,86 сек. Достоверные различия между показателями у девочек и мальчиков отсутствовали.

Проведённый погрупповой анализ длительности одной минуты в конце уроков показал следующие коррелятивные связи с достижениями на занятиях. У детей I группы наблюдалась сильная взаимосвязь на уроках математики (рис. 1), в то время как у младших школьников II группы таковая выявлена на уроках физкультуры.

Дальнейшее исследование было направлено на изучение умственной работоспособности, не требующей значительных энергозатрат, но диктующей необходимость концентрации внимания, скорости мышления и эффективности мыслительного процесса.

Исследование показало, что эффективность умственной работы у отлично успевающих детей I группы на всем протяжении наблюдения в начальных классах была выше (на 8,76–11,78 сек. в среднем) по сравнению со II группой, о чём свидетельствуют более низкие значения времени, необходимого на решение интеллектуальных задач (табл. 2). Причём в обеих группах отмечался повозрастной динамичный рост производительности. Статистически значимая разница между показателями у мальчиков и девочек отсутствовала, как и в предыдущих тестах.

Аналогичная ситуация наблюдалась и в отношении коэффициент врабатываемости. У младших школьников I группы в течение всего периода обучения в начальных классах врабатываемость детей была более быстрой (в среднем на 0,09–0,13 баллов) в сопоставлении со II группой.

Анализ коэффициентов выносливости позволил выявить, что устойчивость внимания у мальчиков I группы в первых-третьих классах выше (на 14,11– 20%) по сравнению с таковыми II группы, о чем свидетельствуют более низкие показатели. В четвертых классах разница нивелировалась. У девочек же на протяжении всего периода наблюдения утомляемость была ниже (на 15,23–22,1%) в сопоставлении со значениями девочек II группы.

Параллельно с этими исследованиями наша работа была направлена на изучение показателей физического развития и прежде всего физической выносливости. Результаты позволили установить, что показатели 6-минутного бега характеризующие данное качество, имели более низкие уровни в группе детей с высокими интеллектуальными способностями. Статистически значимая разница значений как у мальчиков, так и девочек I группы наблюдалась уже с 1-го класса обучения в школе по сравнению с таковыми во II группе (табл. 3). Причём независимо от гендерной принадлежности разбег между показателями нарастал по мере взросления детей (в среднем от 59,21 м в первом классе до 138,94 м в 4-м).

Анализ скоростно-силовых умений у младших школьников выявил аналогичную динамику показателей. Результаты прыжков в длину с места, которые продемонстрировали дети начальных классов, также позволили установить более низкие значения у младших школьников I группы по сравнению с II группой независимо от гендерной принадлежности. Разница показателей нарастала в среднем от 14,56 м в 1-м классе до 25,42 м во 4-м.

Координационные качества, определяемые нами в челночном беге (3×10 м) детей на протяжении как первого, так и второго класса не имели статистической разницы в показателях. Но уже с 3-го класса результаты у мальчиков и девочек контрольной группы были лучше, о чем свидетельствуют данные анализа средних показателей: 10,15 у детей I группы и 9,00 (3×10 м, с).

Обсуждение

Выявленная динамика показателей функционального состояния вегетативной нервной системы у детей с высокой успеваемостью свидетельствует о возрастании симпатического влияния, что сопровождается напряжением систем регуляции и затруднением адаптации в процессе обучения.

Взаимообусловленность вегетативного состояния и реактивных свойств сердечно-сосудистой системы (в первую очередь свойств сердца) обусловила в данной группе детей более высокие значения показателей индекса Руфье, отражающих способность сердца адаптироваться к физическим нагрузкам. Указанные процессы у младших школьников высокого интеллектуального уровня проходят на фоне снижения функциональных резервов кардиореспираторной системы, обеспечивающих работу остальных систем организма, о чём свидетельствую более низкие результаты проб Генче. Всё перечисленное нашло отражение в невысоких показателях АП, исследованного в тесте «индивидуальной минуты», что свидетельствует о более быстрой утомляемости данной группы детей, что необходимо учитывать при планировании нагрузок на уроках физической культуры.

Исследование у детей способности воспринимать и перерабатывать информацию за определённый промежуток времени, что характеризует умственную работоспособность показало более высокий уровень у интеллектуально одарённых детей. Полученные данные находятся в соответствии с их врожденными возможностями. Однако наблюдение за период обучения в начальных классах показало замедление скорости этих процессов к четвёртому классу.

Как известно, школьная программа подразумевает нагрузку, требующую не только высокой умственной, но и физической работоспособности. Исследование физических качеств показало, что дети с высокими интеллектуальными способностями имеют более низкую физическую выносливость на всём протяжении обучения в начальных классах по сравнению со сверстниками. А ведь именно это качество определяет способность выполнять работу без снижения её эффективности. При этом нужно учитывать, что высокая физическая работоспособность обусловлена оптимальным уровнем как двигательных, нейродинамических, энергетических качеств, так и психического компонента.

Наличие у детей I группы таких качеств, как высокая скорость переработки информации, подвижность нервных процессов, развитое оперативное мышление и память, устойчивость и концентрация внимания, быстрота восприятия является базой для формирования физических навыков и умений. Ведь в реализации нейросенсорного обеспечения двигательной активности принимают участие тысячи нейронов, расположенных в спинном, продолговатом мозге, мозжечке, подкорковых ядрах и, наконец, в коре головных полушарий. Поэтому при создании внутренних и внешних условий жизни ребенка для повышения тренированности их физических способностей можно (и нужно!) оптимизировать уровень целого ряда физических показателей.

К сожалению, анализ скоростно-силовых свойств также выявил более низкий их уровень у детей основной группы с первого по четвертый класс обучения в школе. В тоже время координационные способности как в первом, так и во втором классах не имели статистически значимой разницы между сравниваемыми группами. Но уже с третьего класса наблюдаются более низкие показатели в I группе. Выявленная динамика, на наш взгляд, обусловлена (в том числе) мало подвижным образом жизни этих детей, что обусловлено желанием заниматься тем, что у них лучше всего получается.

С учётом того, что потенциальные возможности развития и совершенствования физических качеств заложены фактически в каждом ребенке, этой проблеме необходимо уделять особенно важное значение при планировании физических нагрузок.

Выводы

У младших школьников с отличной успеваемостью и имеющих высокие показатели когнитивного развития значения ВИК на всём протяжении обучения в начальных классах статистически значимо выше по сравнению со сверстниками со средней успешностью и когнитивным развитием.

Дети средней успешности и когнитивного развития со 2-го класса обучения в школе имели более низкие показатели индекса Руфье, что свидетельствовало о более развитых адаптационных возможностях сердечно-сосудистой системы.

С этого же времени дети высокого когнитивного развития и отличной успеваемости демонстрировали более низкие значения в пробе Генчи, указывающие на меньшую устойчивость организма к гипоксии.

Тест Ф. Халберга «длительность индивидуальной минуты» показал снижение адаптационного потенциала у детей I группы с нарастанием разницы со сверстниками к 4-му классу.

Наряду с высокой умственной работоспособностью, не требующей значительных энергозатрат, дети с высоким когнитивным развитием и отличной успеваемостью имели более низкое физическое развитие.

Выявленные особенности необходимо учитывать в педагогическом процессе с младшими школьниками и требуют разработки дифференцированных оздоровительных мероприятий.