Закономерности онтогенеза умственной и мышечной деятельности. Работоспособность и утомление у детей разного возраста.

 

Умственная и мышечная деятельность: физиологические сход­ства и различия. Как уже было сказано, результат любой деятель­ности, в том числе умственной, проявляется в виде каких-то дви­гательный действий. Однако мы все же обычно различаем эти два вида деятельности, и это не случайно. В случае умственной дея­тельности основные физиологические затраты связаны с обеспе­чением работы нервных центров, которые составляют очень не­большую долю от массы тела человека. Весь мозг не превышает у взрослого человека 2—3 % от массы тела. По расчетам биохими­ков, метаболическая активность мозга может возрастать в услови­ях активной деятельности, в 4 раза. Это означает, что процессы метаболизма даже при самой напряженной умственной деятель­ности могут ускоряться примерно на 10—15 %, соответственно на эту же величину возрастает активность и всех вегетативных систем организма. Мышечная деятельность — совсем другая по своей фи­зиологической организации. Масса мышц взрослого достигает 40 %, а в период максимальной активности их метаболическое на­пряжение может увеличиваться в 100 раз. Правда, практически ни­когда в деятельность не вовлечены все мышцы организма, и почти никогда работающие мышцы не включаются с максимальной ин­тенсивностью. Поэтому в среднем активация метаболизма при ин­тенсивной мышечной деятельности взрослого человека составля­ет 100—500 % от уровня покоя, соответственно этому активизиру­ется функция и всех вегетативных систем.

У детей дошкольного и младшего школьного возраста соотно­шение физиологических затрат на умственную и мышечную дея­тельность несколько иное. Их мозг имеет относительно более круп­ные размеры, а степень вовлечения мозговых структур в решение любой задачи у них существенно выше (результат генерализации активации нервных центров). Напротив, мышцы у детей по срав­нению с мышцами взрослых значительно меньше по массе (28 %) и метаболически гораздо менее активны.

Умственная и физическая деятельность различается не только по уровню метаболизма, но и по уровню и характеру вегетативно­го обеспечения.

В то же время как умственная, так и физическая деятельность характеризуются некоторыми универсальными свойствами. Во-пер­вых, это их фазность. Любая деятельность имеет, как минимум, три фазы: врабатывания, устойчивой работы, утомления и восстановления. Вре­менные и вегетативные компоненты этих фаз для мышечной и умственной деятельности существенно различаются, но само по себе их наличие принципиально важно для физиологического опи­сания. Во-вторых, любой вид деятельности может приводить к спе­цифическому функциональному состоянию, которое называется утомлением. Механизмы возникновения и способы преодоления утомления бывают весьма различны, однако в любом случае это функциональное состояние препятствует дальнейшему эффектив­ному осуществлению деятельности. В связи с этим для полного восстановления функциональных возможностей организма после любой утомительной деятельности необходима релаксация. Посколь­ку из-за процессов утомления никакая деятельность не может про­должаться бесконечно, как в умственной, так и в мышечной дея­тельности принято рассматривать индивидуальные характеристики функциональных возможностей, обеспечивающих реализацию де­ятельности. Эти характеристики обычно объединяют под общим названием показателей работоспособности, хотя они могут суще­ственно различаться по своему содержанию, сущности и спосо­бам измерения.

Как умственная, так и физическая деятельность может быть сопряжена с определенным эмоциональным фоном, который спо­собствует либо препятствует достижению целей.

Диапазон и уровни функциональной активности. При отсутствии деятельности (хотя теоретически это почти абстракция, так как бодрствующий человек практически постоянно занят какой-либо деятельностью: либо что-то мастерит, либо о чем-то размышля­ет) организм находится на самом низком, базальном, уровне своей функциональной активности. При этом организму нужно мень­ше всего энергии, низка в этом случае и активность вегетатив­ных систем. Это нижняя граница функционального диапазона (ФД), т.е. той зоны, в которой могут находиться уровни функциональной активности. Примером этого состояния могут служить те несколько минут, в течение которых человек нежится в постели после того, как проснулся, но еще не встал и не приступил к утренней гимнастике и водным процедурам. Верхняя граница ФД соответствует самому высокому уровню двигательной активности когда человек выполняет (по своей воле или вследствие обстоя­тельств) очень интенсивную мышечную работу. Это максимальный уровень функциональной активности. Примером может служить ак­тивность спортсмена, выполняющего забег на короткую дистан­цию или поднимающего штангу с рекордным весом. В бытовых си­туациях примером этого может быть напряжение человека, опаз­дывающего на работу и догоняющего уже закрывающий двери автобус. Однако как базальный, так и максимальный уровень функ­циональной активности — состояния довольно редкие, кратковре­менные. Большую, часть жизни человек проводит в состояниях про­межуточных, при которых уровень функциональной активности существенно выше базального уровня и значительно ниже макси­мального. Это не какой-либо постоянный уровень, это некая зона привычных, обыденных для данного человека уровней его функ­циональной активности. Чаще всего, при таком уровне активнос­ти наблюдается наибольшая эффективность и наименьшая веге­тативная напряженность деятельности. Эта часть функционально­го диапазона может быть названа зоной оптимума. Зона, которая расположена между верхней границей зоны оптимума и верхней границей ФД, отражает резервные возможности организма, кото­рые используются только в нестандартных ситуациях, когда ре­зультат деятельности намного важнее ее физиологической «цены». Человек может использовать свои резервные возможности, но эффективность деятельности в этом случае резко падает, а ее фи­зиологическая цена соответственно возрастает.

Возрастные изменения функционального диапазона. С возрастом ФД сильно меняется как по своей величине, так и по структуре. У детей существенно выше базальный уровень функциональной активности, поскольку у них выше основной обмен. Однако уро­вень максимальной функциональной активности у детей намного ниже, чем у взрослых. Зона оптимума, которая у взрослых нахо­дится на уровне примерно 10 % от величины ФД, у детей млад­шего школьного возраста расположена значительно выше — на уровне 30—40 % от величины ФД. Поэтому объем резервных воз­можностей взрослого человека примерно в 2 раза больше, чем аналогичный показатель у ребенка.

Из приведенных сопоставлений ясно, что организм ребенка в процессе деятельнос-ти постоянно испытывает гораздо более силь­ное напряжение, чем организм взрослого, при этом максималь­ные и резервные возможности детского организма существенно меньше. Это необходимо осознавать во всех случаях, когда регла­ментируется учебная и физическая нагрузка для детей, особенно В дошкольном и младшем школьном возрасте, а также в период полового созревания, когда параметры ФД временно вновь становятся близкими тем, что были характерны для младшего возраста. Ребенок, как и взрослый, может использовать свои резервные возможности, но если это повторяется регулярно и в неадекватно больших объемах, то ценой таких перегрузок может стать ухудшение здоровья ребенка.

Стационарные состояния и переходные процессы. Как уже говорилось выше, любая деятельность (работа) носит фазный характер. Это связано с тем, что все процессы в организме связаны с перемещением в пространстве веществ и структур, т. е. материальных объектов. Перемещается кровь по сосудам, перемещается воздух по воздухоносным путям, перемещаются части скелета под воздействием мышечных сокращений, перемещаются белковые нити актина и миозина, благодаря чему осуществляется сокращение мышц, и т. п. Все эти материальные объекты имеют массу, а следовательно, согласно 1-му закону Ньютона, подвержены инерции. На преодоление сил инерции необходимы время и внешняя сила. Такой силой служат мышечные сокращения.

Врабатывание. Время, в течение которого все процессы в организме переходят на новый уровень функциональной активности, называется периодом врабатывания. Обычно он длится несколько (2—5) минут, в течение этого времени активность вегетативных систем постепенно достигает такого уровня, который соответствует тяжести производимой работы.

Устойчивое состояние. После этого наступает новая фаза, которая характеризуется устойчивым состоянием. Это означает, что уровень метаболизма и связанные с ним уровни активности веге­тативных систем на протяжении этой фазы остаются почти неиз­менными, а значит, гомеостаз в организме устойчиво поддержи­вается благодаря взаимосогласованному действию соответствующих физиологических механизмов. Если в этой фазе неоднократно про­водить измерения уровня активности физиологических функций, то результат неизменно будет один и тот же: физиологические функции как бы застывают на одном, постоянном уровне. По­требление кислорода, частота пульса, минутный объем дыхания и кровотока — эти и многие другие показатели почти не изменя­ются на протяжении всей этой фазы. Устойчивое состояние может длиться минуты или даже часы — все зависит от уровня нагрузки, которая выполняется организмом.

Примером такого состояния могут служить разнообразные цик­лически выполняе-мые действия: ходьба, умеренный бег, ходьба на лыжах, плавание, езда на велосипеде и т.п. Если интенсив­ность этих действий не слишком велика, то их циклическая орга­низа-ция (регулярное многократное повторение одних и тех же фаз) способствует установле-нию баланса между мышечной активно­стью и работой вегетативных систем организма. Недаром принято считать, что именно такого рода нагрузки обладают наиболее выражен-ным оздоровительным эффектом.

Утомление. Однако рано или поздно наступает третья фаза — утомление. В этой фазе выявляется разбалансировка в деятельно­сти отдельных вегетативных систем и систем, непосредственно обеспечивающих выполнение работы. Снижается экономичность работы, в крови накапливаются вредные метаболиты, нарушает­ся гомеостаз, человек ощущает желание прекратить работу и от­дохнуть.

Восстановление. После того как работа прекратилась, организм не может мгновенно перейти на базальный уровень функциони­рования. Согласно законам инерции и физиологии, для того что­бы активность органов и систем снизилась, а также для удаления или обезвреживания вредных метаболитов и восстановления па­раметров гомеостаза требуется время. Этот период, когда работа уже не выполняется, а функции организма еще не вернулись к исходному минимальному уровню, называется периодом восста­новления. Длительность периода восстановления самым существен­ным образом зависит от интенсивности, объема и характера вы­полненной работы и может составлять от 2—3 мин до нескольких часов. Чем более напряженной и длительной была работа, чем сильнее отклонились от нормы параметры гомеостаза, тем доль­ше продолжается период восстановления.

Переходные процессы. Фаза врабатывания и фаза восстановле­ния представляют собой ситуации временной несбалансирован­ности метаболических и вегетативных процессов, связанной с переходом от одного уровня функциональной активности к дру­гому. Поэтому обе эти фазы вместе называют переходными, а процессы постепенной сонастройки метаболических и вегетатив­ных систем во время этих фаз — переходными процессами.

Возрастные особенности переходных процессов заключаются в том, что у детей они, как правило, короче, чем у взрослых. Это связа­но с целым рядом причин. Во-первых, у детей меньше размеры тела и всех их органов, а значит, и меньше инерция. Во-вторых, у детей относительно выше тонус активирующего симпатического отдела вегетативной нервной системы и, наоборот, снижен то­нус парасимпатического отдела. Благодаря этому дети быстрее переходят с более низкого на более высокий уровень функцио­нальной активности. В-третьих, детский организм не предраспо­ложен к масштабному использованию своих резервных возмож­ностей, поскольку это может значительно нарушить гомеостаз. Си­стемы поддержания гомеостаза у детей работают с несколько большим напряжением, поэтому в их организме имеются своего рода нейрогормональные «ограничители» (механизмы утомления), не позволяющие чрезмерно перегружать организм. Поэтому от­клонения в гомеостазируемых параметрах у детей обычно бывают намного меньше, чем у взрослых. Благодаря этому процессы вос­становления после окончания работы протекают у них обычно быстрее. (Следует отметить, что если внешнее воздействие, на­пример психологическое давление со стороны учителей и родите­лей, вызовет у ребенка столь же значительные, как и у взрослого, отклонения гомеостаза, то процессы восстановления у него будут идти намного медленнее).

Возрастные особенности поддержания устойчивых состояний. Следует отметить, что ребенок раннего возраста может поддер­живать такое состояние только на минимальном (базальном) уров­не функциональной активности. Ребенок первые 3—4 года живет в непрерывных переходных процессах, ни о какой устойчивой дея­тельности здесь говорить не приходится. Первые, очень короткие, не более 10—12 мин, эпизоды устойчивого состояния могут наблюдаться при умственной деятельности у ребенка старше 4 лет. Для мышечной деятельности характерно отсутствие устойчивых состояний у детей до завершения полуростового скачка, т.е. до 6—7 лет. Это обусловлено спецификой работы управляющих не­рвных центров, а также организацией метаболических процессов в самих скелетных мышцах. Только с 7 лет можно постепенно при­учать ребенка к выполнению достаточно длительной мышечной работы и только в том случае, если интенсивность работы опти­мальна. При этих условиях ребенок к 8—9 годам способен обу­читься устойчиво выполнять нагрузку в течение десятков минут (умеренный бег, езда на велосипеде, лыжи и т.п.).

Утомление, его стадии, проявления и механизмы. Длительное выполнение работы неизбежно ведет к утомлению. Это состояние знакомо каждому человеку с детства. Слово «устал» — одно из первых, появляющихся в лексиконе детей уже в 2—3 года. Устал — значит «не могу больше делать это дело», а вовсе не «ничего не могу делать». Переключение на другой вид деятельности — одна из лучших форм преодоления утомления, о чем писал еще в XIX в. наш выдающийся физиолог И. М. Сеченов.

До настоящего времени не прекращаются споры о том, где в организме то «место», в котором накапливается утомление. Одни физиологи убеждены, что все дело в нервных центрах, которые истощаются и не могут более продолжать посылать управляющие импульсы к органам-исполнителям. Другие настаивают на том, что утомить нервную клетку крайне трудно, а причина утомления лежит исключительно в сдвигах гомеостаза, несовместимых с про­должением работы. Третьи считают, что утомление — процесс пе­риферический, означающий истощение тех клеток и тканей, ко­торые несут на себе основные тяготы выполняемой деятельности.

В последние годы стало складываться представление о том, что все эти три утверждения по-своему верны, но применить их для объяснения феномена утомления можно лишь с учетом конкрет­ного вида деятельности и параметров нагрузки: ее интенсивно­сти, объема, а также от условий, в которых происходит деятель­ность.

Утомление — процесс фазный, как и многие другие процессы в организме челове-ка. В первой фазе возникает некоторое на­пряжение в деятельности физиологических систем. Устойчивое со­стояние может еще не нарушиться, но поддерживать его стано­вится все труднее. Только современные математические приемы обработки результатов физиологических исследований с помощью компьютеров позволили «увидеть» эту фазу утомления.

Во второй фазе уже отчетливо видны нарушения устойчи­вого состояния. При мышечной деятельности это прояв­ляется в несогласованном снижении одних показателей и повы­шении других. Например, потребление кислорода может начать снижаться, а минутный объем дыхания при этом возрастать. Это явный признак снижения эффективности и разбалансировки в деятельности вегетативных систем, характерный для утомления.

При этом работа по-прежнему выполняется в том же объеме, с прежней интенсивностью: компенсаторные механизмы все еще справляются с удержанием необходимых функциональных свойств мышц. При умственной работе эта фаза обычно проявляется в уве­личении числа ошибок, т. е. опять же в снижении эффективности, при сохранении скорости работы.

Третья фаза — срыв устойчивого состояния. Разбалансировка в работе вегетативных систем быстро нарастает, их эффективность резко падает, и вслед за этим наступает отказ от работы («Не могу!»). Умственная работа, не требующая столь больших энергетических ресурсов, может при этом и продолжаться, однако ее неэффективность делает ее продолжение совершенно бессмысленным. Таким образом, чем дольше не наступает утомление при определенном уровне нагрузки либо чем выше уровень нагрузки, при котором наступает утомление, тем выше работоспособность человека.

Особенности утомления у детей исследованы мало, и это понятно, учитывая, сколь сложны и небезопасны для здоровья могли бы быть подобные исследования. Тем не менее известно, что пределы колебаний разнообразных характеристик гомеостаза у детей существенно уже, чем у взрослых, и это — один из факторов большей утомляемости детей. Второй фактор — незрелость нервных центров. Третий фактор — незрелость периферических органов и тканей. По крайней мере установлено, что скелетные мышцы морфологически и функционально созревают до уровня, при котором организм способен противостоять утомлению при умеренных нагрузках, когда возраст ребенка достигает 6—6,5 лет, а утомление от нагрузок большой мощности у детей младшего школьного возраста наступает в 20 раз быстрее, чем у старшеклассников.

Признаками утомления являются: потливость рук и лица, по­краснение лица, появление различных жалоб на самочувствие («бо­лит голова», «живот» и т.п.). В тяжелых случаях (при переутомле­нии) могут наблюдаться вегетативные расстройства, бледность, тошнота и рвота, обмороки. Одним из факторов утомления может быть гипогликемия (снижение концентрации сахара в крови), а при физической работе — дегидратация организма, поэтому в та­кой ситуации ребенку рекомендуется предложить теплое сладкое питье.

Работоспособность и факторы, ее определяющие. Несмотря на интуитивно очевидный смысл слова «работоспособность», точ­ного общепринятого определения этого понятия не существует. Ясно, что это слово означает способность выполнять работу, при­чем главным образом — длительную и объемную. Измерение объе­ма выполненной работы за фиксированное время служит достаточно надежным и широко используемым способом оценки работоспо­собности.

В то же время столь же очевидно, что чем интенсивней человек работает, тем быстрее он устает. Сумеет ли он при этом выпол­нить больший объем работы, чем тот, кто работает в более спо­койном темпе, если не ограничивать время испытания? Точные измерения, проведенные физиологами спорта, показали: нет, не сумеет. Менее интенсивная работа позволяет человеку выполнить значительно больший ее объем. Таким образом, наряду с объемом выполняемой работы для оценки работоспособности важно знать, какими резервами интенсивности обладает человек.

Некоторые исследователи предлагают определять работоспо­собность как способность противостоять утомлению. Однако глав­ным критерием утомления при этом может выступать лишь каче­ство (для умственной) и экономичность (для мышечной) работы. Поэтому третий параметр, который необходимо учитывать, — это качество, эффективность работы. Можно сделать очень много не­нужной продукции, брака, но это не будет показателем высокой работоспособности. Чем быстрее, интенсивнее производится ра­бота, тем большее количество ошибок допускает человек, тем менее экономично работают его физиологические системы, во всяком случае, за пределами зоны оптимума.

Еще один из подходов к оценке работоспособности — выявле­ние возможности длительного удержания устойчивого состояния. Широко распространены также способы оценки работоспособно­сти на основании изменения функциональной активности вегетативных систем, например, по характеру реакции частоты пульса на стандартную нагрузку или по прибавке частоты пульса в ответ на увеличение интенсивности работы. Эти подходы больше каса­ются мышечной работоспособности, поскольку при выполнении умственной работы труднее выявить значительные изменения в деятельности физиологических функций.

Работоспособность зависит от множества факторов, как внут­ренних, так и внешних. Так, на фоне эмоционального подъема человек способен «горы свернуть», а в состоянии депрессии у него «все из рук валится». Работоспособность напрямую связана с со­стоянием здоровья и функциональной зрелостью организма, Дети младшего школьного возраста гораздо менее работоспособны, чем старшеклассники и взрослые. Падает работоспособность также в период пубертата. Любое функциональное неблагополучие, стресс и хроническое переутомление крайне негативно сказывается на работоспособности. По этой причине измерение и оценка разно­образных показателей работоспособности — важный и широко распространенный прием в возрастной физиологии, школьной гигиене, валеологии. Простейшие способы оценки работоспособ­ности (умственной и мышечной) было бы полезно освоить учите­лям и родителям, это могло бы помочь им подбирать для детей адекватную их возможностям учебную и физическую нагрузку.

 

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: