Способность к произвольному управлению дыханием у школьников с нарушением сенсорного развития

СПОСОБНОСТЬ К ПРОИЗВОЛЬНОМУ УПРАВЛЕНИЮ ДЫХАНИЕМ У ШКОЛЬНИКОВ С НАРУШЕНИЕМ СЕНСОРНОГО РАЗВИТИЯ
В.П. Шульпина
Сибирский государственный университет физической культуры и спорта, Омск

Ключевые слова: произвольная регуляция дыхания, школьники с нарушением сенсорного развития, функция внешнего дыхания, относительная ошибка воспроизведения, заданный дыхательный объем.

Введение . Современное понимание механизмов, лежащих в основе произвольных движений, основано на представлении о системном многоуровневом характере их организации [1, 3, 20]. В обеспечении моторных программ большую роль играют различные отделы коры больших полушарий головного мозга: корковые зоны, непосредственно связанные с управлением и координацией движений, а также зрительные области, участвующие в осуществлении зрительно-моторной координации. В программировании движений немалая заслуга принадлежит лобным отделам коры больших полушарий [12, 22, 25].

В последнее время в массовой, оздоровительной и лечебной физической культуре, спортивной деятельности широко внедряются различные системы дыхательных упражнений, основанные на произвольном управлении легочной вентиляцией. Произвольное управление дыханием - эффективное средство совершенствования механизмов адаптации к мышечным нагрузкам, управления параметрами внутренней среды организма, повышения эффективности кислородного обеспечения и экономичности внешнего дыхания и системы кровообращения, контроля за состоянием ЦНС, общего оздоровления организма и преодоления целого ряда патологических состояний [4, 5, 7, 8, 11, 19].

Вопросам восприятия и произвольного контроля дыхания у человека в разное время посвящены работы отечественных и зарубежных авторов [5,13,14,16,19,27,28,31-33,35]. В основном эти работы касались изучения одышки при разных функциональных нагрузках (с добавочным сопротивлением, при мышечной деятельности), повышенной хеморецепторной стимуляции, изменении температуры окружающего воздуха у лиц юношеского и зрелого возраста. В ряде работ отмечается влияние привычной деятельности, в том числе спортивной, на характер паттерна дыхания у человека и улучшение способности более точно оценивать и изменять его параметры [7, 9, 15, 23]. Вместе с тем анализ научно-методической литературы показал отсутствие сведений о самооценке и управлении отдельными параметрами внешнего дыхания у детей и подростков с нарушением сенсорного развития. Недостаточно освещены аспекты взаимосвязи способности к произвольному управлению дыханием с уровнем функционального состояния дыхательной системы у школьников с патологией зрения и слуха. Дети данной категории имеют вторичные отклонения и нарушения моторного, психического и соматического развития, что проявляется в отставании показателей физического развития и физической подготовленности, дефиците двигательной сферы, снижении функционального состояния кардиореспираторной системы, многочисленных сопутствующих заболеваниях [2, 17, 18, 24, 26]. Анализ научно-методической литературы и собственные предварительные исследования обнаружидили, что у школьников данной категории в структуре сопутствующих заболеваний одно из ведущих мест занимают заболевания дыхательной системы [6, 24, 26].

Основными коррекционно-оздоровительными задачами физкультурного образования аномальных детей являются достижение компенсации сопутствующих дефектов развития, профилактика и коррекция соматических нарушений. В связи с этим данные, отражающие особенности механизмов произвольной регуляции дыхания у лиц данной категории, могут быть использованы в качестве основы для оптимизации стратегии и тактики применения специальных средств в практике оздоровительной и адаптивной физической культуры с целью расширения резервов кардиореспираторной системы и повышения эффективности процесса адаптации аномальных школьников к различным условиям окружающей среды.

Целью исследования было изучение способности к произвольному контролю и управлению параметрами дыхания (на примере заданного дыхательного объема) и на основе этого разработка методики использования дыхательных упражнений в процессе физкультурно -оздоровительной деятельности детей и подростков с нарушением сенсорного развития.

Организация и методы исследования . Исследование проводилось на базе специальных коррекционных школ-интернатов № 14 и 15 для детей с нарушением зрения и слуха г. Омска и Научно-исследовательского института деятельности человека в экстремальных условиях СибГУФКа. Обследовано 104 школьника 8-16 лет с патологией зрительного анализатора (57 мальчиков и 47 девочек) и 181 школьник с нарушением слуха (99 мальчиков и 82 девочки). Обследование осуществлялось в первой половине дня в одно и то же время. Использовались следующие методы исследования: антропометрия, функциональные методы исследования (спирометрия, пневмотахометрия, функциональные гипоксические пробы), педагогические наблюдения, педагогический эксперимент, методы математической статистики.

Для изучения способности к произвольному управлению параметрами дыхания нами велись наблюдения в процессе тестирования и физкультурных занятий, а также использован метод активного воспроизведения заданной величины дыхательного объема в условиях относительного покоя [19, 30]. Испытуемые вначале выполняли пробу на определение жизненной емкости легких (ЖЕЛ) с использованием сухого спирометра. Далее рассчитывалось 50% от индивидуальной ЖЕЛ, что и принималось за 100%, "эталон". Испытуемым предлагалось после трех пробных попыток при словесной коррекции или, если возможно, визуальном контроле, трехкратное воспроизведение величины 50% ЖЕЛ при экспирации (выдохе), но уже без коррекции. Для каждой из трех попыток рассчитывалась относительная ошибка (ОО) воспроизведения заданного дыхательного объема (ДО) по формуле:

ОО = АО /Хо х 100%, где:

АО - абсолютная ошибка воспроизведения заданного параметра;

АО = Хс - Хо, где

Хс - субъективная величина воспроизводимого параметра;

Хо - объективная величина воспроизводимого параметра.

Учитывался характер ошибок при воспроизведении заданного ДО: переоценка объективного показателя, его недооценка или точное воспроизведение.

Рассчитывались среднеарифметическое значение и среднеквадратическое отклонение величины ОО заданного ДО с учетом возраста и пола испытуемых в трех попытках, а также среднее значение всех попыток.

Результаты и их обсуждение . Анализ средних величин ОО воспроизведения заданного ДО у школьников с нарушением сенсорного развития данных показал, что в возрастном аспекте средние величины ошибок заданного параметра у мальчиков и девочек с нарушением зрения изменяются неодинаково: у мальчиков наблюдается снижение величины ошибки к 13-14 годам и некоторое ее увеличение к 15-16 годам, тогда как у их сверстниц результаты не имеют достоверных отличий на всем протяжении обучения в школе. В отличие от школьников с нарушением зрения у детей и подростков с нарушением слуха выявлена сходная динамика средних величин ОО воспроизведения заданного параметра: значительное снижение с 8-10 до 11-12 лет, стабилизация у мальчиков и дальнейшее плавное снижение к 13-14 годам у девочек. Воспроизведение выдыхаемых объемов обусловлено афферентной сигнализацией от рецепторов, как инспираторных, так и экспираторных (в большей мере) мышц [5, 9, 13, 14, 19]. Известно, что дыхательные мышцы, а точнее дыхательные мотонейроны, являются общим конечным путем как для дыхательного центра, отвечающего за автоматизм дыхания, так и для двигательных зон коры головного мозга, осуществляющих произвольное дыхание [16, 29, 31].

По данным исследований [21], с 7-8 до 11 лет у нормально развивающихся детей происходят значительные перестройки в формировании регуляторной структуры мозга, обусловленные интенсивным созреванием нейронного аппарата лобных долей коры больших полушарий, которые играют значительную роль в программировании произвольных движений. Полученные же нами результаты динамики величины воспроизведения заданного ДО у школьников с нарушением сенсорного развития свидетельствуют о задержке созревания ЦНС, в основном коры больших полушарий головного мозга, и в большей степени - у детей с нарушением зрения. Недостаточность сенсорного притока в специфические корковые зоны (в области коры, куда приходят сигналы, идущие по зрительным путям, и где происходят анализ и синтез сенсорной информации) сопровождается замедлением формирования системных связей специфических и ассоциативных структур коры и подкорковых регуляторных образований, участвующих в адекватном взаимодействии с окружающей средой, в адаптации к разным видам деятельности [21, 22], что вкупе с недостаточностью и ограничением физической активности у детей данной категории сказывается на способности управлять двигательными действиями, в данном случае дыхательными движениями.

Анализ величин ОО воспроизведения заданного ДО во время выполнения трех попыток школьниками с нарушением сенсорного развития позволил заключить, что у испытуемых обоего пола с патологией зрения наименьшая величина ошибки отмечается при выполнении третьей попытки: у мальчиков - в возрасте 13-14 лет, у девочек - в 15-16 лет. Наибольшие величины ошибок отмечены при выполнении первой и второй попыток соответственно в 8-10 и 15-16 лет.

У школьников с нарушением слуха наименьшая величина ОО воспроизведения заданного параметра отмечена также в третьей попытке в 15-16 лет, а наибольшая величина - при выполнении первой и второй попыток в 8-10 лет. Обращают на себя внимание большие величины среднеквадратического отклонения ОО и их вариативность по сравнению со среднегрупповыми показателями.

Анализ результатов показал, что у школьников обоего пола с нарушением сенсорного развития прослеживается тенденция к снижению величины ОО воспроизведения заданного ДО от первой к третьей попытке, однако в большинстве случаев наблюдается скачкообразное изменение показателей. Наиболее явное улучшение точности воспроизведения отмечается у девочек в возрастном диапазоне 13-16 лет.

В результате анализа данных выявлено, что у школьников обоего пола с нарушением зрения при выплнении теста прослеживается преобладание недооценки воспроизводимой величины ДО.

Таким образом, определенной картины изменения характера среднегрупповых величин ОО воспроизведения заданного ДО у школьников обоего пола с нарушением сенсорного развития в возрастном аспекте не выявлено, хотя можно говорить о некотором увеличении количества попыток с точным воспроизведением заданного ДО у девочек к 15-16 годам. При анализе индивидуальных результатов воспроизведения 50% от объема ЖЕЛ у испытуемых в трех попытках не выявлено определенной зависимости характера ошибок как от номера попытки, так и от величины индивидуального ДО испытуемых.

Помимо использования метода активного воспроизведения заданной величины ДО в условиях относительного покоя способность к произвольному управлению дыхательными движениями у детей и подростков с нарушением сенсорного развития изучалась нами в процессе тестирования и проведения физкультурных занятий. Выявлено, что школьники испытывали затруднения при проведении пневмотахометрии, записи спирограммы, проведении функциональных гипоксических проб. Значительное количество учащихся (до 50%), особенно младшего и среднего школьного возраста, затруднялось выполнить предложенные задания после словесной инструкции и однократного показа; требовалось до 3-4 и более повторений при показе и объяснении. Встречались дети (до 10%), которые вообще не смогли воспроизвести предложенные двигательные действия даже после многократного подробного объяснения и показа. Наиболее сложными в координационном отношении заданиями для лиц данной категории явились выполнение форсированного вдоха при пневмотахометрии и пробы Генчи. В процессе физкультурных занятий с использованием дыхательной гимнастики установлено, что дети и подростки с нарушением сенсорного развития испытывают значительные затруднения при изменении типа дыхания, его темпа, глубины и частоты, а также при выполнении задержек дыхания на разных фазах дыхательного цикла.

Полученные данные, на наш взгляд, свидетельствуют не только о нарушении центральных механизмов регуляции произвольного дыхания у школьников с проблемами сенсорного развития, но и о низком уровне их "двигательного", или "моторного", опыта (в связи с ограничением в силу основного дефекта) в естественной потребности к разнообразным движениям. Выявленные данные, свидетельствующие о снижении резервов регуляции дыхания, сочетаются с полученными в наших предварительных исследованиях сведениями об ограниченности резервов мощности дыхательной системы [10, 11] у детей и подростков с нарушением сенсорного развития, что выражается в более низких (р<0,05-0,001) показателях объемных параметров легких, результатах функциональных гипоксических проб, показателях, отражающих мощность дыхательной мускулатуры и бронхиальную проходимость, резерв дыхания и уровень аэробной производительности организма в сравнении с результатами нормально развивающихся сверстников [6, 24]. Поскольку у локомоторных и интерорецептивных механизмов есть функционально много общего в регуляции дыхания, в данном случае проявляется синхронная связь в нарушении двигательных и вегетативных функций.

Таким образом, можно обобщить, что нарушение регуляторных механизмов, снижение устойчивости и надежности координации двигательных актов, в частности дыхательных движений, снижение функционального уровня внешнего дыхания у детей и подростков с нарушением сенсорного развития есть следствие нескольких факторов: 1) задержки созревания отделов коры больших полушарий; 2) вынужденной гиподинамии и гипокинезии, обусловленных первичным дефектом; 3) негрубых поражений нервной системы (минимальная мозговая дисфункция, задержка и нарушение психомоторного и речевого развития, вегетативные дисфункции и др.), которые часто сопутствуют нарушению сенсорного развития [18, 24, 26].

В условиях дефектного развития основной задачей, по мнению М.Р. Могендовича (1957), является восстановление примата моторики, подчиняющей себе все физиологические функции. С целью повышения эффективности процесса адаптации аномальных детей и подростков к условиям окружающей среды целесообразно, на наш взгляд, проведение произвольной оптимизации внешнего дыхания, другими словами, специальных занятий с широким использованием дыхательной гимнастики, так как коррекционные мероприятия, формирующие адаптивную деятельность, в свою очередь, формируют системы локальной активации мозга, способствуют их функциональному созреванию. Нами обоснована и внедрена в практику работы специальных коррекционных школ-интернатов для детей с различными аномалиями в развитии серия учебно-оздоровительных программ на основе дыхательной гимнастики. Ведущей направленностью первого - базового - этапа программ является развитие способности занимающихся к произвольному управлению дыхательными движениями. Для этого используются разнообразные специальные дыхательные упражнения статического и динамического характера, задания на координацию дыхания с двигательными действиями, ходьбой, бегом, упражнениями на расслабление и другие оздоровительные средства.

Кроме того, в интегральную оценку функционального состояния дыхательной системы школьников с аномальным развитием нами введен показатель, отражающий способность к произвольной регуляции дыхания, как значимый параметр при диагностике и проведении медико-педагогического контроля.

Расширение резервов регуляции и повышение функционального уровня внешнего дыхания, выявленные у занимающихся за период педагогического эксперимента, подтверждают эффективность данного методического подхода.

Заключение . У детей и подростков с нарушением зрительного и слухового анализаторов отмечается снижение способности к произвольной регуляции дыхания, что проявляется в процессе педагогических наблюдений, функциональной диагностики и при использовании метода активного воспроизведения заданной величины ДО. Отмечается большая вариативность ОО воспроизведения заданного ДО у испытуемых всех поло-возрастных групп, что показывает неоднородность контингента аномальных школьников.

Выявленная динамика среднегрупповых показателей ОО заданного ДО у школьников с нарушением сенсорного развития свидетельствует о задержке созревания структур мозга, обусловливающих недостаточность произвольной регуляции дыхания. Анализ полученных данных позволил заключить, что возрастной диапазон 8-13 лет служит сенситивным периодом развития способности к произвольному управлению параметрами дыхания у детей с нарушением сенсорного развития, наиболее благоприятным для целенаправленного педагогического воздействия.

По характеру ошибок у испытуемых прослеживается преобладание недооценки воспроизводимой величины ДО. Не выявлено определенной зависимости характера ошибок воспроизведения заданного параметра от номера попытки и величины индивидуального ДО и ЖЕЛ у испытуемых.

Результаты свидетельствуют об относительно лучшей "научаемости" воспроизводить заданный ДО от первой к третьей попытке у девочек старшего школьного возраста с нарушением сенсорного развития; также у них отмечен больший процент точного воспроизведения задания в сравнении со сверстниками.

Прослеживается взаимосвязь между снижением резервов мощности и регуляции системы дыхания у детей и подростков с нарушением сенсорного развития.

Полученные данные доказывают необходимость использования в системе коррекционно-оздоровительных мероприятий для школьников с нарушением сенсорного развития специальных средств, направленных на развитие произвольных механизмов управления дыханием, что будет способствовать функциональному созреванию отделов мозга, расширению резервов кардиореспираторной системы, повышению адаптации и укреплению здоровья лиц данной категории.

Литература

1. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. - М.: Медицина, 1975. - 446 с.
2. Байкина Н.Г., Сермеев Б.В. Физическое воспитание в школе глухих и слабослышащих. - М.: Советский спрт, 1991. - 64 с.
3. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М.: Медицина, 1947. - 165 с.
4. Биоэкономика внешнего дыхания человека / А.Ф. Григорян, Н.С. Акопян, Н.Ю. Адамян, Р.С. Арутюнян // Теория и практика физ. культуры. 2003, № 11, с. 58-61.
5. Бреслав И.С., Исаев Г.Г. Физиология дыхания. - СПб.: Наука, 1994. - 680 с.
6. Гогольчева В.П. Возрастные закономерности и особенности развития функции внешнего дыхания у школьников с нарушением слуха // Диагностика и оздоровительная коррекция морфофункционального статуса, физической подготовленности школьников с патологией слуха: Монография / Под общ. ред. Л.Г. Харитоновой. - Омск: СибГУФК, 2003, с. 47-85.
7. Гора Е.П. Физиологические эффекты произвольного управления дыханием: Автореф. докт. дис. М., 1992. - 34 с.
8. Данько Ю.И. Очерки физиологии физических упражнений. - М.: Медицина, 1974. - 255 с.
9. Исаев Г.Г. Регуляция дыхания при мышечной работе. - Л.: Наука, 1990. - 120 с.
10. Кучкин С.Н. Дыхательные упражнения в спорте. - Волгоград: ВГИФК, 1991. - 48 с.
11. Кучкин С.Н. Резервы дыхательной системы и аэробная производительность организма: Автореф. докт. дис. Казань, 1988. - 48 с.
12. Лурия А.С. Основы нейропсихологии. - М.: Изд-во МГУ, 1973. - 192 с.
13. Маршак М.Е. Регуляция дыхания у человека. - М.: Медгиз, 1961. - 266 с.
14. Миняев В.И. Произвольное управление дыхательными движениями у человека. - Калинин, 1978. - 77 с.
15. Могендович М.Р., Темкин И.Б. О координации деятельности локомоторного аппарата и дыхательной системы при физических упражнениях // Дыхание и спорт: Матер. 15-й Всесоюзной конференции по спортивной медицине. Таллинн, 6-7 мая 1967, с. 64-66.
16. Погодин М.А., Боброва Е.В., Ганстрем М.П. Самопроизвольное и непроизвольное управление дыханием при навязанных параметрах вентиляции легких // Физиология человека. 2004, т. 30, № 3, с. 81-87.
17. Ростамашвили Л.Н. Реализация программы ЛФК для младших школьников с тяжелой патологией зрения. М., 1997. - 92 с.
18. Солнцева Л.И. Модели интегрированного обучения детей с нарушением зрения // Дефектология. 1997, № 2, с. 8-12.
19. Солопов И.Н. Восприятие и произвольный контроль основных параметров внешнего дыхания у человека. - Волгоград: ВГАФК, 1998. - 184 с.
20. Ухтомский А.А. Собрание сочинений. - Л.: Из-во ЛГУ, 1950-1954, т. 4. - 231 с.
21. Фарбер Д.А., Безруких М.М. Методологические аспекты изучения физиологии развития ребенка // Физиология человека, 2001, № 5, с. 8-16.
22. Фарбер Д.А., Анисимова И.О. Функциональная организация больших полушарий при выполнении произвольных движений. Возрастной аспект // Физиол. чел., 2000, № 5, с. 35-43.
23. Фарфель В.С. Управление движениями в спорте. - М.: ФиС, 1975. - 208 с.
24. Физический статус и педагогические аспекты оздоровления школьников с нарушением зрения / Л.Г. Харитонова, И.Ю. Горская, И.А. Кузнецова, В.П. Шульпина. - Омск: СибГУФК, 2005. - 216 с.
25. Функции лобных долей / Под ред. Е.Д. Хомской. - М.: Изд-во МГУ, 1982. - 284 с.
26. Шапкова Л.В. Характеристика субъекта педагогической деятельности в адаптивной физической культуре // Адаптивная физическая культура. 2002, № 1, с. 16-21.
27. Шик Л.Л. Основные принципы регуляции дыхания // Физиология дыхания. Л., 1973, с. 279-286.
28. Burki N.K. Dyspnea // Lung, 1987. - Vol. 165. - № 5. - P. 269-277.
29. Evans K.C., Shea S.A., Saykin A.J. Functional MRI localisation of central nervous system regions associated with volitional inspiration in humans // J. Physiol. 1999. - V. 520. - № 15. - Pt. 2. - P. 383.
30. Fox J., Kreisman H., Colacone A., Wolkove N. Respiratory volume perception through the nose and mouth determined noninvasively //J. Appl. Physiol., 1986. - Vol. 61. - № 2. - P. 436-439.
31. Isaev G., Murphy K., Guz A., Adams L. Areas of the brain concerned with ventilatory load compensation in awake man // J. Physiol. 2002. - V. 539. - № 3. - P. 935.
32. Katz-Salamon M. Judgment of different ventilatory parameters by healthy human subjects // Kongl Carolinska Medico-Chirurgiska Institutet. - Stockholm., 1983. - 40 p.
33. Killian K.J. Breathlessness - the sense of respiratory muscle effort // The perception of exertion in physical work Eds. G. Borg, D. Otton. - Stockholm., 1988. - P. 71-79.
34. Stubbing D.G., Ramsdale E.H., Killian K.J., Campbell E.J.M. Psychophysics of inspiratory muscle force // J. Appl. Physiol., 1983. - Vol. 54. - № 5. - P. 1216-1221.
35. Stubbing D.G., Killian K.J., Campbell E.J.M. The quantification of respiratory sensations by normal subjects // J. Appl. Physiol., 1981. - Vol. 44. - № 2. - P. 251-280.