Лекция 28. Физиологические основы занятий физической культурой и спортом в образовательных организациях
(4 часа)
1. Физиологическое обоснование нормирования физических нагрузок для детей школьного возраста.
2. Изменение функций организма школьников на уроке физической культуры.
3. Влияние занятий физической культурой и спортом на физическое и функциональное развитие детей школьного возраста.
1. Физиологическое обоснование нормирования физических нагрузок для детей школьного возраста
Одной из важнейших задач возрастной физиологии является нормирование физических нагрузок для детей с учетом различного их возраста. Обоснование физических нагрузок, адекватных функциональным возможностям организма, обычно осуществляется по трем параметрам:
а) величина сдвигов физиологических констант и, прежде всего, частота сердечных сокращений, уровень артериального давления, потребление кислорода и легочная вентиляции;
б) биоэнергетические затраты организма;
в) интенсивность физических упражнений (сила, скорость передвижения).
В физиологии спорта чаще всего используются две классификации интенсивности физических упражнений. Согласно одной из них, интенсивность физических нагрузок оценивается величиной потребления кислорода и количеством затраченной энергии. В этом случае упражнения делят на группы с преобладанием аэробных, анаэробных или смешанных (анаэробно-аэробных) путей энергопродукции. При этом подчеркнем, что удовлетворение энергетических запросов организма обеспечивают три энергетические системы:
а) анаэробная фосфагенная (АТФ, КрФ), она же алактатная;
б) анаэробная лактатная (гликолитическая);
в) аэробная (окислительное фосфорилирование).
В другом случае весь диапазон интенсивности физических нагрузок делится на зоны мощности, в зависимости от показателей механической работы, которую выполняет человек. Впервые такую классификацию осуществил А. Хилл в 1926 г., но более детально еѐ рассмотрел В.С.Фарфель (1947), которым была установлена четкая зависимость между скоростью преодоления дистанции и предельным временем, в течение которого эта скорость может поддерживаться. Им обоснованы четыре зоны относительной мощности: максимальная, субмаксимальная, большая и умеренная.
Считается, что тренировочная нагрузка любого занятия физическими упражнениями должна обеспечивать не только нужную величину и направленность срочного эффекта, но и его взаимодействие с тренировочными эффектами предшествующего и последующего занятий (чистый фон или предшествовало какое-то упражнение). Исходя из этого, отмечают три типа взаимодействий, при которых нагрузка предшествующих упражнений влияет на функциональные сдвиги, вызванные нагрузкой последующего упражнения:
а) положительное взаимодействие (сдвиги функций увеличиваются);
б) отрицательное (сдвиги уменьшаются);
в) нейтральное (изменения функций не существенны).
Для развития тренированности важно положительное взаимодействие, которое достигается в следующих случаях:
а) в начале занятия выполняются анаэробные алактатные упражнения (скоростно-силовые), а затем анаэробные гликолитические (упражнения на скоростную выносливость);
б) сначала выполняются алактатные анаэробные упражнения, а затем аэробные (упражнения на общую выносливость);
в) сначала выполняются анаэробные гликолитические, затем аэробные упражнения. При другом сочетании упражнений добиться положительного взаимодействия трудно, а подчас и невозможно. Так, если вначале выполнять аэробные, а затем анаэробные упражнения, то взаимодействие энергетических систем будет отрицательным, а тренировочные занятия будут мало эффективными.
Наряду со сказанным, при нормировании нагрузок рекомендуется учитывать следующие компоненты:
1) продолжительность упражнения,
2) его интенсивность;
3) продолжительность интервалов отдыха между упражнениями;
4) характер отдыха (активный, пассивный);
5) число повторений упражнений.
Анализ и учет всех этих компонентов позволяет, с одной стороны, регулировать интенсивность нагрузок, а с другой, — прогнозировать величину и характер функциональных сдвигов у занимающихся.
На уроках физической культуры должны выполняться упражнения как циклического характера (ходьба, бег, приседания), направленные прежде всего на развитие быстроты и выносливости, так и ациклического характера (прыжки, метания, гимнастические упражнения), развивающие силу и ловкость. Необходимость ациклических движений подтверждается большим их представительством при выполнении трудовых и бытовых двигательных действий.
При нормировании нагрузок в упражнениях циклического характера первостепенное значение приобретает оценка энерготрат на данную работу, степень функциональных сдвигов при еѐ выполнении и скорость их восстановления. При нормировании интенсивности ациклических упражнений главное значение приобретает оценка уровня устойчивости двигательного динамического стереотипа разучиваемого движения, степень совершенства коррекций движений и их конечные результаты и в меньшей мере — показатели функциональных изменений и скорость их нормализации.
Одна из задач физиологически обоснованного нормирования нагрузок на уроках физической культуры состоит втом, чтобы затраты энергии, число повторений упражнений и продолжительность выполнения серий упражнений были оптимальными. Если затраты энергии и число повторений упражнений малы, то эффект занятий будет понижен вследствие недостаточной мобилизации физиологических функций. Если же затраты энергии, число повторений и продолжительность упражнений чрезмерно велики, то эффект упражнений будет также снижен, но в результате ослабления физиологических процессов в связи с истощениями энергоресурсов, ферментов и нарушениями механизмов регуляции функций.
В настоящее время считается, что затраты энергии детей младшего и среднего школьного возраста на уроках физической культуры должны составлять 20-30% МПК. Продолжительность серий упражнений не должна превышать той, при которой появляются признаки нарушения согласованного ритма физиологических процессов (Любомирский Л. Е., 1989). Проведенный автором анализ экспериментальных показателей работоспособности школьников от 7 до 11 лети особенностей адаптации их систем дыхания и кровообращения дает основание считать, что использование чередования нагрузок большой и умеренной интенсивности позволяет повышать эффективность уроков физической культуры, направленных на развитие выносливости учащихся.
2. Изменение функций организма школьников на уроке физической культуры
Физиологическое обоснование нагрузок на уроках физической культуры прежде всего обусловлено необходимостью изучения двигательной деятельности на уроке с учетом интенсивности нагрузок и времени их выполнения, а также оценкой функционального состояния организма в ответ на эти нагрузки. Исходя из этих основных положений, в настоящее время общепринятой является структура урока физической культуры, состоящая из трех взаимосвязанных частей: вводной (подготовительной), основной и заключительной. Продолжительность каждой части урока должна определяться направленностью и характером учебной деятельности, возрастом и полом школьников, их физическим и функциональным развитием.
В общеобразовательных школах в соответствии с существующими рекомендациями по проведению урока физической культуры время его каждой части довольно четко регламентировано.
Подготовительная часть урока, продолжительностью 8-10 мин, включает ходьбу с построением, бег со средней скоростью и вольные упражнения. Упражнения подготовительного этапа урока направлены на достижение врабатывания организма школьников к основной его части. Врабатывание различных органов и систем осуществляется неравномерно (вначале — быстро, затем медленнее) и неодновременно (гетерохронно) —двигательная система (10-30 сек), вегетативные органы (3-5 мин). С физиологических позиций в период врабатывания происходит перестройка нервных и гуморальных механизмов регуляции анимальных и вегетативных систем, формирование необходимого двигательного стереотипа и улучшение координации движений, а также достижение требуемого уровня функций вегетативных органов и систем, оптимально обеспечивающих данную мышечную деятельность.
Основная часть урока, продолжительностью около 30 минут, включает бег, ходьбу, прыжки в длину и высоту и направлена, прежде всего, на развитие быстроты и выносливости. Физиологический интерес состоит в том, что в этой части урока следует ожидать наиболее выраженные функциональные изменения.
Заключительная часть урока (5-7мин) включает ходьбу, прыжки на двух и одной ноге, бег со средней скоростью, ходьбу с глубоким дыханием. Все упражнения в этой части урока должны выполняться в замедленном темпе, способствуя расслаблению мышц, нормализации функций организма и активизации восстановительных процессов. Заключительная часть урока должна способствовать постепенному переходу от активной мышечной деятельности к обычному двигательному режиму школьника.
Как же изменяются функции организма на различных этапах урока? Во время подготовительной части урока функциональные изменения характеризуются преобладанием процессов возбуждения в ЦНС, повышением возбудимости сенсорных, моторных и вегетативных нервных центров, улучшением работы желез внутренней секреции. Все это ведет к усилению функций различных органов и систем и, в частности, проявляется ускорением сенсомоторных реакций, увеличением скорости проведения импульсов по нервным и мышечным волокнам; увеличивается скорость метаболических процессов в мышцах, растет содержание в крови катехоламинов и кортикостероидов, повышается температура тела.
Со стороны вегетативных органов и систем отмечаются тахикардия, повышение артериального давления и скорости кровотока, увеличиваются ударный и минутный объемы крови, еѐ венозный возврат, улучшается микроциркуляция скелетных мышц, миокарда, кожи. Увеличиваются частота и глубина дыхания, минутный объем дыхания, растет коэффициент использования кислорода, повышается количество лейкоцитов, эритроцитов и гемоглобина, отмечается сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо и растет кислородная емкость крови, увеличивается потоотделение и др.
Физиологический смысл всех этих изменений заключается в переходе различных органов и систем на новый уровень функционирования, оптимальный для конкретной мышечной деятельности.
Существующие «Методические рекомендации по проведению урока физической культуры» предусматривают максимальные сдвиги физиологических функций в основной части урока и возвращение их к исходному состоянию в заключительной части. Однако, как показали специальные исследования В. С. Фарфеля с сотрудниками (1949) и других специалистов, отмечаются значительные отклонения фактических данных от методических рекомендаций. В частности, было установлено существенное увеличение частоты сердечных сокращений даже в подготовительной части урока (160-180 уд/мин, а рекомендуется увеличение не более, чем в 1,5-2 раза от исходного); иногда в подготовительной части урока изменения функций происходят в сторону увеличения по сравнению с основной; в заключительной части урока показатели не всегда достигают исходных величин.
Все это свидетельствует о неправильном распределении физических нагрузок на уроке, а следовательно урок не всегда достигает своей цели — повышению выносливости и тренированности, сохранению и укреплению здоровья учащихся. С другой стороны, это указывает на необходимость более глубокой и всесторонней физиолого-педагогической оценки урока физической культуры и внесения соответствующих коррективов в его проведение.
3. Влияние занятий физической культурой и спортом на физическое и функциональное развитие детей школьного возраста
Уроки физической культуры должны повышать устойчивость организма школьников к физическим нагрузкам и быть направлены на улучшение физического и функционального развития, повышению работоспособности, сохранение и укрепление здоровья учащихся. Медико-биологической основой этих процессов являются физиологические, биохимические и морфологические изменения, возникающие во время занятий физическими упражнениями, а также совершенствование нервной и гуморальной регуляции функций организма учащихся.
Одно из основных физиолого-педагогических требований урока физической культуры состоит в получении тренировочного эффекта. В физиологическом отношении тренировочный эффект заключается, прежде всего, в повышении функциональных возможностей различных органов и систем и развитии адаптации организма к физическим нагрузкам.
Тренировочный эффект возникает, если нагрузка достигает или превышает пороговую величину, которая всегда должна быть выше обычной повседневной (бытовой) нагрузки. Выбирая величину пороговой нагрузки, следует учитывать функциональные возможности организма, возрасти пол школьников. Однако даже нагрузка может быть выше или ниже пороговой для школьников разного возраста (младший, средний, старший) и разного пола. Для решения различных задач урока (вводная, основная, заключительная) величина пороговых нагрузок также должна быть различной. Из сказанного следует, что для правильного и грамотного проведения занятий педагогу необходимо знать и учитывать целый ряд методических и медико-биологических положений.
В соответствии с фазовым протеканием адаптационных изменений тренировочный эффект физических упражнений может быть различным: срочным, отставленным (пролонгированным) и кумулятивным. Срочный эффект нагрузки проявляется функциональными изменениями в организме во время или вскоре после окончания нагрузок (до 30-60 мин). Главная физиологическая особенность срочного эффекта заключается в том, что он формируется на основе готовых, ранее образованных механизмов регуляции и программ приспособления и характеризуется избыточной активацией различных органов и систем.
Отставленный тренировочный эффект наблюдается на поздних фазах восстановления и в физиологическом отношении представляет собой продолжительную деятельность различных органов и систем на повышенном уровне их функционирования. Именно отставленный эффект способствует развитию в организме явлений суперкомпенсации.
Кумулятивный эффект возникает как результат последовательного суммирования срочных или отставленных и формируется на основе вновь создаваемых программ и механизмов приспособления. В кумулятивном эффекте возникают изменения, связанные с усилением синтеза нуклеиновых кислот и белков, способствующих развитию долговременной адаптации. Кумулятивный эффект выражается в улучшении физического и функционального развития, повышении работоспособности и вызывает две основные физиологические перестройки:
а) увеличение функциональных резервов организма;
б) повышение экономичности (эффективности) деятельности различных органов и систем.
Продолжительность упражнений тесно связана со скоростью их выполнения и определяется характером энергообеспечения. Так, при выполнении упражнений в максимально возможном темпе в течение 3-10 сек энергообеспечение осуществляется по креатинфосфатному механизму, при работе от 20 сек до 3-5 мин — гликолитическому (лактатному) и при умеренной нагрузке в течение десятков минут и нескольких часов развертываются аэробные реакции.
Существенное значение имеет продолжительность интервала отдыха между нагрузками. Если нагрузки невелики и отдых между ними достаточен, то школьники работают при аэробном энергообеспечении; если нагрузки большие, а отдых мал — при анаэробном энергообеспечении.
Увеличение числа повторений упражнений в аэробных условиях повышает функциональные возможности кислородтранспортной системы и физическую работоспособность, а при увеличении числа повторений в анаэробных условиях — наступает истощение механизмов энергообеспечения и снижаются функциональные возможности организма.
С увеличением возраста школьников, которые регулярно занимаются физическими упражнениями, функции организма и работоспособность улучшаются. С другой стороны, достоверно установлено, что количество занятий физическими упражнениями для адекватного развития организма школьников, предусмотренное существующим ныне учебным планом, недостаточно. В частности, специально выполненными исследованиями под руководством Л. Е. Любомирского (1989), школьников разных возрастных групп (7-10 классы) при обычном занятии физической культурой (2 часа в неделю) и дополнительном введении одного внеурочного часа установлено, что у лиц экспериментальной группы были лучшие показатели гемодинамики, внешнего дыхания, энергообеспечения и выше уровень физической работоспособности поданным велоэргометрии. Было также показано, что у школьников в стадии завершения полового созревания как в состоянии покоя, так и при различных физических нагрузках . (по сравнению с лицами препубертатного периода) показатели функций организма более экономичны и у них существенно выше работоспособность.
Известно, что в странах Западной Европы, США и Японии на занятия по физическому воспитанию школьников отведено от 3-х до 6 часов в неделю. И даже при таком положении дел в ФРГ, например, «более 60% школьников страдают заболеваниями, которые раньше считались «привилегией» лиц пожилого возраста». В США поданным Президентского совета по физической подготовке и спорту «... в начале 80-х годов лишь