Физиологические обоснования нормирования физических нагрузок для детей школьного возраста
методическая разработка

Теоретические аспекты нормирования физических нагрузок в процессе физического воспитания школьников.

Физиолого-гигиеническому нормированию подлежат все основные факторы, определяющие состояние и развитие организма. И естественно ни у кого не возникает сомнений в необходимости обоснования физиологических норм  физических нагрузок в процессе физического воспитания детей и подростков. Для решения этих задач необходимо разработать  критерии нормирования нагрузок для детей различных возрастных групп. При обосновании и градации физических нагрузок,  адекватных функциональным возможностям исследуемых, как правило, подходят с тех позиций:

1. градация физических нагрузок по отдельным физиологическим показателям, в частности по ЧСС, потреблению кислорода, легочной вентиляции и др.;
2. дозировки интенсивности физической нагрузки в зависимости от максимальной скорости передвижения;
3. оценки  интенсивности нагрузки, исходя из максимальных энергетических возможностей организма.

В физиологии спорта чаще всего используются две классификации интенсивности физических нагрузок. Согласно одной из них, интенсивность физических нагрузок  оценивается величиной потребления кислорода и затраченной энергии. В другом случае весь диапазон интенсивности физических нагрузок делится на зоны в зависимости от показателей механической работы, которую выполняет человек. В. С. Фарфель (1960), анализируя рекорды в различных видах спорта с циклическим характером движений, обратил внимание на четкую закономерность между скоростью преодоления дистанций  и предельным временем, в течение которого эта скорость может поддерживаться. Им описаны четыре временные зоны. К первой зоне отнесены рекорды, укладывающиеся в отрезок времени до 20-30 секунд, ко второй – рекорды, время которых находится в диапазоне от 20-30 секунд до 4-5 минут, к третьей – рекорды от 5 минут до 30-40 минут и к четвертой зоне – все рекорды, время которых превышает 30-40 минут. Классифицируют и физические упражнения и с учетом силы, скорости и продолжительности мышечного сокращения, подразделяя их на:

1. силовые, выполняемые с максимально возможным напряжением мышц в динамическом или статистическом режимах при малой скорости движения;
2. скоросто-силовые, выполняемые в динамическом режиме одновременно с большой  скоростью и силой мышечного сокращения, что обеспечивает большую мощность;
3. упражнения на выносливость, при выполнении которых мышцы сокращаются с меньшей силой и скоростью, но при этом во много раз возрастает во времени их способность выполнять работу.

При выполнении физических упражнений разной мощности и продолжительности вклад данных систем, как правило, неодинаков. В связи с этим физические упражнения подразделяются на группы с явным  преобладанием анаэробного или аэробного путей энергопродукции, а также смешанного анаэробно-аэробного энергообеспечения. В спортивной физиологии приводятся  соотношения трех систем энергообеспечения при выполнении анаэробных и аэробных циклических упражнений.

При нормировании нагрузок рекомендуется учитывать пять компонентов:

1. продолжительность упражнения;
2. интенсивность;
3. продолжительность интервалов отдыха между упражнениями;
4. характер отдыха;
5. число повторений упражнения.

При нормировании выполнения циклических упражнений особое внимание заслуживают процессы возрастного развития двигательной системы. Изменения физиологических процессов в связи с выполнением  тренировочных занятий обусловлены воздействием на организм повторяющихся движений. При этом в первую очередь происходят изменения функционального состояния двигательной системы. Вегетативные процессы перестраиваются под влиянием раздражений, сигнализирующих о возможной гипоксии, но  главным образом – под влиянием моторно-висцеральных рефлексов. Поэтому при планировании тренировочных занятий и выборе нагрузок важно учитывать не только обменные процессы, но и возрастные особенности регуляции движений и освоения техники моторных навыков.

Нормирование режима выполнения

общеразвивающих упражнений.

Одна из целей физиологически обоснованного нормирования нагрузок на уроках физической культуры заключается в том, что затраты энергии, число повторений упражнений и продолжительность  выполнения серий упражнений были оптимальными. Если затраты энергии  и число повторений упражнений малы, то эффект от упражнений будет понижен вследствие недостаточной мобилизации  физиологических функций. Если же затраты энергии и число повторений и продолжительность упражнений чрезмерно велики, то эффект от упражнений будет понижен вследствие ослабления физиологических процессов в связи с истощением веществ, богатых энергией, и ферментов, а также нервных механизмов регуляции движений. При выполнении медленного равномерного бега школьниками 10-11 лет потребление кислорода составляет 771,4 мл/мин. В условиях относительного покоя у исследуемых школьников этого возраста потребление кислорода равняется 193,0 мл/мин. Следовательно, потребление кислорода нетто на  выполнение работы медленного бега составляет 771,4 – 193,0 = 578,4 мл/мин. В пересчете на кг веса тела потребление кислорода  нетто на выполнение работы медленного бега будет равным 578,4 : 35 = 16,5 мл/мин · кг.

Созданы необходимые предпосылки для физиологически обоснованного планирования физических нагрузок при разработке структуры урока. Так, у детей 7-8 лет потребление кислорода при ходьбе 120 шагов в минуту составляло 407,3 мл/мин, а а относительном покое – 156,8 мл/мин.

Рисунок (таблица): потребление кислорода в ЧСС

у детей 7-10 лет при выполнении различных физических упражнений (ходьба, бег игра, ОРУ и др.)

На рисунке прослежена зависимость величины потребления кислорода от величены ЧСС при выполнении школьниками 7-8- лет и 9-10 лет различных упражнений.  Наглядно видно, что с увеличением ЧСС возрастает потребление кислорода при переходе от исходного положения к ходьбе и от ходьбы к бегу. Однако при переходе от ходьбы к игре потребление  кислорода почти не изменяется, а ЧСС заметно увеличивается, а от ходьбы к общеразвивающим упражнениям потребление кислорода уменьшается, а ЧСС возрастает.

Экспериментальное обоснование развития выносливости у младших школьников на уроках физической культуры.

Поиск  наиболее эффективных тренировочных режимов развития двигательных качеств – одна из главных задач физического воспитания школьников. К настоящему времени накапливается все больше денных  о том, что физические качества учащихся следует  как можно полнее развивать  уже в первые годы обучения в школе.  Подчеркивается возможность целенаправленного развития выносливости у детей младшего школьного возраста. Для обоснования тренировочного режима развития выносливости у детей 7-10 лет на первом этапе исследования  мы изучили возрастную картину вегетативных реакций и ряда биомеханических параметров работы при выполнении велоэргометрических нагрузок разной интенсивности. Было выявлено, что от 7-8 до 9-10 лет выносливость повышается только к нагрузкам, выполняемым в режиме аэробного энергообеспечения, т.е. к таким, предельная продолжительность которых более 2,5 минут. Максимальная продолжительность работы при 70% нагрузке увеличивается за этот период в среднем на 2,5 минут, а при 50% нагрузке – на 4 минуты. Анализ естественного прироста выносливости к нагрузкам  разной интенсивности к 9-10 годам свидетельствует о том, что у мальчиков рассматриваемого возраста выносливость интенсивнее увеличивается к физическим нагрузкам большой мощности и меньше – к умеренным нагрузкам. В 7-8 лет отмечена несколько более напряженная деятельность систем, обеспечивающих транспорт кислорода, и менее эффективная его утилизация из вентилируемого воздуха при нагрузках аэробной направленности.  Меньшая предельная продолжительность работы у школьников 7-8 лет при выполнении 70% нагрузки сочетается с менее эффективной кислородной производительностью дыхательного  и сердечного циклов. Таким образом, результаты изучения возрастной динамики естественного развития показателей работоспособности школьников 7-8 и 9-10 лет и особенностей адаптации  их систем дыхания и кровообращения дают основание считать, что использование нагрузок большой и умеренной интенсивности позволит повысить эффективность уроков физической культуры, направленных на развитие выносливости младших школьников.

Физиологическая оценка комплексной

системы развития двигательных

качеств у подростков и юношей.

В плане поиска более эффективных форм и средств физического воспитания нами в течение ряда лет апробировался экспериментальный режим урочных и внеклассных занятий с подростками и юношами 7-10 классов. С учетом  возрастных закономерностей развития моторики и ведущих физиологических систем, обеспечивающих мышечную деятельность, в содержание занятий включались упражнения для  формирования скоростных, скоростно-силовых возможностей, мышечной силы и выносливости  в условиях более напряженного учебно-тренировочного процесса. Помимо двух еженедельных уроков физической культуры дополнительно вводили один час внеурочных занятий, акцент которых был сделан  на развитие силы и  выносливости. Экспериментальный режим обусловил интенсификацию процесса физического воспитания, повышение моторной плотности занятий и, естественно, усиление напряжения у школьников физиологических функций. Поэтому, для того, чтобы объективно оценить, насколько адекватны использованные нагрузки функциональным возможностям учащихся 7-10 классов. параллельно с педагогическим экспериментом проводились комплексные методико-физиологические исследования. Для оценки физической работоспособности подростков и юношей 7-10 классов ежегодно проводились 2 серии обследований. В 1-й, осенней серии определяли общую физическую работоспособность мальчиков при двух велоэргометрических нагрузках – 7 и 3 Вт/кг. Отказ от работы регистрировался при снижении частоты педалирования на 10% ниже заданной. В процессе работы, в течение 5 минут регистрировалась ЧСС. Аналогичная серия проводилась весной. Затем  данные обеих серий сопоставлялись соответственно по экспериментальной (ЭГ) и контрольной (КГ) группам школьников. Еще одна серия – в середине  учебного года была направлена на выявление особенностей гемодинамики у мальчиков при критической мощности на уровне МПК. В ней участвовали только те испытуемые, которые успешно справились  с нагрузками 1-й серии.

Исследования функций центральной гемодинамики.

Анализ динамики ЧСС показал, что у школьников от 13 до 17 лет в состоянии относительного физического покоя величина этого параметра кровообращения постепенно уменьшается. Наибольшее снижение ЧСС отмечается к 16-17 годам. Возрастных различий и различий между КГ и ЭГ в процессе выполнения вышеуказанных нагрузок по ЧСС выявить не удалось. В восстановительном периоде после нагрузок 3 и 7 Вт/кг исследуемые группы по этому показателю практически также не различаются.

На рисунке показана физическая работоспособность и интенсивность накопления пульсового долга у школьников 10 класса.

Вывод:

Исследование ИНПД показало, что чем выше мощность нагрузки, тем быстрее она накапливается. Существенный сдвиг в сторону уменьшения ИНПД при исследуемых нагрузках происходит к 15-17 годам. Представляется интересным, что у мальчиков контрольной группы при задаваемых нагрузках интенсивность накопления пульсового долга в большинстве случаев выше (р<0,05) (рисунок).

В состоянии относительного физического покоя ЧСС с возрастом постепенно уменьшается, а УО, наоборот, увеличивается. Существенный сдвиг в сторону увеличения УО крови происходит к 14-15 годам.

У школьников ЭГ 8 класса УО существенно больше, чем в КГ. Очевидно, что в связи с противоположной возрастной динамикой  ЧСС и УО МОК в состоянии относительного физического покоя в возрасте 13-17 лет увеличивается незначительно. У школьников КГ МОК меньше, чем у их сверстников ИЗ ЭГ.

Характеристика функциональных

показателей учащихся с разными стадиями

полового созревания.

При анализе у подростков с разными стадиями полового созревания параметров центральной гемодинамики при выполнении нагрузки ступенчато возрастающей мощности отмечена разнонаправленность изменений. ЧСС в процессе полового созревания уменьшается. Однако существенные различия выявляются только при работе предельной и околопредельной мощности (4 и 5 ступени нагрузки) между школьниками на 1 и 4, а также 1 и 5 стадиях полового созревания.

Таким образом, процесс полового созревания  не оказывает  существенного  влияния на хронотропную функцию центрального кровообращения при нагрузках умеренной и большой мощности. При нагрузке в зоне максимальной мощности, соответствующей уровню МПК, ЧСС ниже, чем у подростков с начальными стадиями полового созревания. УО крови по мере полового созревания нарастает. Его различия более выражено отличаются при работе в зоне большой мощности у подростков с 3-й стадией полового созревания. Однако при работе критической мощности эти различия сглатываются из-за снижения УО при увеличении мощности нагрузки.

У подростков с 4-5 стадиями полового созревания  УО становится достоверно выше (р<0,001) во время выполнения нагрузок всех диапазонов. (таблица).

Изучение кинетики КО крови в процессе выполнения различных физических нагрузок свидетельствует о том, что максимальные значения  его регистрируются при работе умеренной и большой мощности. При выполнении предельных нагрузок УО крови у подростков имеет тенденцию в уменьшению. Причем с увеличением стадии полового созревания степень и число случаев уменьшения УО крови снижается. Вопреки сложившемуся представлению о том, что наибольшие значения УО крови наблюдаются при ЧСС 110-140 уд/мин, мы регистрировали увеличение УО крови при значительно большей ЧСС. В процессе выполнения подростками нагрузки ступенчато возрастающей мощности наибольшие значение УО крови нередко отличались при ЧСС более 170 уд/мин.

Интегральный параметр центральной гемодинамики  МОК изменяется в процессе полового созревания в состоянии относительного физического покоя мало. При работе в зонах умеренной и большой мощности у подростков с 3 стадией полового созревания он больше, чем у подростков с 1 и 2 стадиями. Во время работы в зоне критической мощности достоверных различий не выявлено. Наиболее выраженные изменения в кинетике МОК при работе в различных зонах мощности определяются  к концу периода полового созревания (таблица)

Таблица

Таким образом, изучение динамики параметров кровообращения при мышечной деятельность  показано, что в процессе полового созревания адаптация функций центрального кровообращения к физическим нагрузкам происходит главным образом за счет увеличения УО крови. Переход на более экономичную форму адаптации кровообращения  к физическим нагрузкам  в процессе полового  созревания сказывается и на физической работоспособности. Так, подростки  с 5-1 стадией полового созревания по показателям мощности работы  в зоне большой мощности работы превосходят подростков с 1-й стадией в 1,7 раза, а в зоне субмаксимальной  - в 1,4 раза. Обращает на себя внимание отсутствие в процессе полового созревания прироста времени работы в зоне большой  мощности, что, по-видимому, связано с недостаточным развитием способности удержания стабильного уровня кровообращения при переходе на новый уровень функционирования.

Вывод

Изучение адаптации физиологических систем к физическим нагрузкам разной мощности у детей школьного возраста имеет большое значение для понимания возрастно-половых закономерностей функционирования регуляторных систем при мышечной деятельности и нормирования нагрузок. В результате проведенного комплексного исследования удалось выяснить и выявить  возрастные особенности ряда приспособительных реакций двигательной системы, центрального, регионального кровообращения и дыхания, обеспечивающих повышение в процессе индивидуального развития физической работоспособности человека.

В период от 7-8 лет к подростковому возрасту  значительно увеличиваются функциональные возможности двигательного аппарата. Об этом  свидетельствуют повышение мощности и объема выполняемых нагрузок, рост величины максимального темпа движений, предельной продолжительности работы, быстрое восстановление после нагрузок функционального состояния нейромоторного аппарата.

Отмечено, что с уменьшением интенсивности, но одновременно с увеличением времени выполнения физической нагрузки и объема работы у мальчиков и девочек увеличивается период восстановления функционального состояния нервно-мышечного аппарата. Однако и по данному показателю у мальчиков после большинства нагрузок период восстановления величины ЛВ ЧМП короче, чем у девочек. Анализ показателей центральной гемодинамики  при физической работе свидетельствует о том, что у всех исследованных детей с возрастанием мощности нагрузки происходит увеличение МОК, который достигает своих максимальных значений при нагрузке 50% и при дальнейшем повышении мощности работы меняется незначительно. У мальчиков 7-10 лет ЧСС равномерно растет от нагрузки 20 до 50%, а у девочек, наоборот, реакция ЧСС менее дифференцирована. Пульс достигает у них высоких величин при выполнении умеренных по интенсивности нагрузок уже к 13-14 годам.

Выявленные возрасто-половые особенности  центральной гемодинамики  при мышечной деятельности можно связать с разными факторами. Более ограниченные  пределы возрастания МОК у женского организма при физической нагрузке объясняют меньшими объемами сердца и крови у них по сравнению с мужчинами. В возрасте от 7-8 до 13-14 лет происходит совершенствование механизмов адаптации системы кровообращения к физическим нагрузкам. Однако в процессе становления гемодинамических реакций в рассматриваемый возрастной период у мальчиков и девочек наблюдаются существенные различия. К 9-10 годам у мальчиков расширяются адаптационные возможности центральной гемодинамики, в то время, как у девочек в большей степени выражено совершенствование регионарных  сосудистых реакций в ответ на физическую нагрузку. К 13-14 годам уже у девочек более выражено совершенствуются функции центральной гемодинамики. Это особенно четко проявляется в реакциях на нагрузки, энергетическое обеспечение которых осуществляется  за счет аэробно-анаэробных процессов.

Особенности  координационной структуры и регуляции движений предопределяли методический подход  к нормированию соответствующих упражнений. Нормирование нагрузок при  упражнениях типа ходьбы и бега обычно очновывается на оптимизации процессов энергообеспечения и процессов кислородного режима. Факторы, ограничивающие нагрузку для упражнений подобного типа, - развитие гипоксии и процессов, затрудняющих доставку кислорода и богатых энергией веществ к месту их потребления в организме. По этим физиологическим параметрам классифицируются нагрузки ходьбы и бега в зависимости от возраста. При таком нормировании допустимо применение показателя ЧСС. Для нормирования циклических упражнений, используемых на уроке физической культуры, важно выделить такую умеренно напряженную мышечную деятельность, которая может поддерживаться в течение продолжительного времени без значительного увеличения кислородного долга. Нагрузка 50% от максимальной может поддерживаться длительное время. Для оценки влияния физических нагрузок на организм школьников можно пользоваться классификацией нагрузок, включающей 5 зон:

1. Зона низкой интенсивности (20-30%).

Здесь работа может выполняться очень длительное время. При этом все физиологические функции организма не испытывают напряжения, ЧСС не превышает 100-120 уд/мин. Сюда относятся режимы выполнения упражнений с низкой интенсивностью и малой скоростью (ходьба, велосипед, прогулки на лыжах и т.д.)

2. Зона умеренной интенсивности (50% от максимальной нагрузки).

Режим выполнения физических упражнений в этой зоне способствует развитию общей выносливости. Величина пульса при выполнении нагрузок достигает 130-160 уд/мин. Работа в этой зоне способствует установлению взаимодействия между функциями сердечно-сосудистой  системы, дыхания и двигательного аппарата.

3. Зона большой интенсивности (70%).

Вызывает напряжение физиологических функций в организме школьников при мышечной работе. Выполнение нагрузки в этой зоне не превышает 4-5 минут у младших школьников, и 10 минут – у старших.

4. Зона субмаксимальной или высокой интенсивности (80%).

Соответствует режиму выполнения упражнений (бег на короткие дистанции, скоростно-силовые упражнения, статические нагрузки и др.), при котором работа мышц, сердца и др. Органов и тканей обеспечивается в основном анаэробными источниками энергии. Предельная продолжительность выполнения циклических нагрузок у младших школьников – 50 с., а у старших – 1 мин. и более.

5. Зона максимальной интенсивности (100%).

Соответствует выполнению физических упражнений с максимальной скоростью, предельным темпом и усилением предельного времени выполнения нагрузок до 10 сек. За столь малое время функциональные сдвиги сердечно-сосудистой системы, дыхания и других функций не достигают высоких величин.

Список используемой литературы

1. “Нормирование  нагрузок в физическом воспитании школьников» под ред. Л. Е. Любомирского; научно-исследовательский институт физиологии детей и подростков Академии педагогических наук СССР.

2. «Основа ТМФК», учебник для технической физкульиуры.

3. «Теоретические основы методики физического воспитания». Ч. Т. Иванков.

4. «Спорт и личность» под ред. А. В. Дмитриевой.

5. «Физкультура в школе» под ред. М. А. Семенова.

6.  Курс лекций В.И.Ковалёва.