營養(yǎng)與運動交互作用促進(jìn)兒童健康成長

方瑩++高孝品++張義賓++秦金亮

【摘要】本研究基于運動營養(yǎng)學(xué)視角，分析了營養(yǎng)與運動交互作用促進(jìn)兒童健康成長的三種主要作用機制：葡萄糖轉(zhuǎn)化機制、維生素合成機制以及后天神經(jīng)網(wǎng)形成機制。據(jù)此，研究者提出了三種促進(jìn)策略：基于個體代謝特征，關(guān)注幼兒營養(yǎng)餐的個性化配置；注重營養(yǎng)與運動交互作用，平衡膳食、合理運動；建立運動與營養(yǎng)動態(tài)平衡的監(jiān)控系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】營養(yǎng)；運動；兒童；發(fā)展；交互作用

【中圖分類號】G612 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1004-4604（2017）05-0007-05

兒童的健康成長離不開充足的營養(yǎng)與運動。營養(yǎng)為兒童成長提供了充足的能量以及必需的營養(yǎng)素。運動是兒童的存在方式，在兒童成長中也是必不可少的。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為營養(yǎng)與運動促進(jìn)兒童健康成長的機制（如下圖①②所示）直觀表現(xiàn)為，營養(yǎng)為兒童成長提供足夠的能量及必需的營養(yǎng)素，運動則通過促進(jìn)大腦回路、骨骼以及情緒情感的發(fā)展等促進(jìn)兒童成長。然而，營養(yǎng)與運動促進(jìn)兒童健康成長的機制不僅是兩者與兒童健康成長的單向促進(jìn)作用，還有營養(yǎng)與運動間的循環(huán)交互作用。隨著當(dāng)代兒童研究跨學(xué)科、多整合時代的到來，對這一機制的探索逐漸擴展到其他領(lǐng)域，例如醫(yī)學(xué)、運動心理學(xué)、腦科學(xué)等。近年來，運動營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展為促進(jìn)兒童健康成長的研究提供了新的視角。

一、運動營養(yǎng)學(xué)

我國著名運動營養(yǎng)學(xué)家陳吉棣教授認(rèn)為，“運動營養(yǎng)學(xué)是研究運動員在不同的訓(xùn)練或比賽情況下的營養(yǎng)需要、營養(yǎng)因素和機體機能、運動能力、體力適應(yīng)和恢復(fù)以及與運動性疾病防治關(guān)系的科學(xué)”?！?〕運動營養(yǎng)學(xué)為研究不同活動中兒童的營養(yǎng)需求、運動能力、體力適應(yīng)和恢復(fù)等提供了新視角，凸顯了營養(yǎng)與運動交互作用的重要性。一方面，營養(yǎng)與運動的交互作用體現(xiàn)在，營養(yǎng)嵌入運動促進(jìn)兒童成長。首先，營養(yǎng)為運動提供了能量。運動項目不同，不同身體素質(zhì)兒童的營養(yǎng)需求以及代謝規(guī)律與特點均不同，所消耗的能量也不同。作為三大熱源物（蛋白質(zhì)、脂肪和糖類）之一的蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，它不僅是構(gòu)成機體的基本成分，還是構(gòu)成具有調(diào)節(jié)機體生理功能作用的酶和某些激素的成分。脂肪具有保護(hù)機體各種組織器官、構(gòu)成機體某些組織結(jié)構(gòu)的功能， 也是體內(nèi)能量貯存的主要來源。糖類是運動中主要的能源物質(zhì)，血糖是調(diào)節(jié)糖代謝平衡的重要標(biāo)志?！?〕其次，營養(yǎng)物質(zhì)在清除因運動而產(chǎn)生的自由基過程中起著重要作用。雖然有氧運動訓(xùn)練可使人體的血液、肌肉、肝臟等組織器官中自由基和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物減少，使自由基引起的損傷程度減輕，但單純依賴運動訓(xùn)練并不能完全抑制自由基的產(chǎn)生，還需要增加抗氧化酶的活性來加快清除自由基。微量元素如硒、鋅、銅、錳、鐵、鎂等，〔3〕是抗氧化酶的構(gòu)成成分。營養(yǎng)物質(zhì)如β-胡蘿卜素、維生素A、維生素E、維生素C、維生素B2、維生素 B6、尼克酸等，可為抗氧化酶的反應(yīng)體系提供充足的H+。另一方面，營養(yǎng)與運動交互作用還體現(xiàn)在，運動促進(jìn)營養(yǎng)的吸收與代謝。首先，運動增加了營養(yǎng)吸收的效率。研究表明，經(jīng)過長時間運動，抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)會對高強度或低強度運動產(chǎn)生適應(yīng)，抗氧化酶系統(tǒng)的適應(yīng)表現(xiàn)為酶活性提高，非酶系統(tǒng)的適應(yīng)表現(xiàn)為抗氧化劑利用效率和儲備能力提高?！?〕其次，運動促進(jìn)了營養(yǎng)代謝。有研究表明，運動既可影響鋅、銅代謝，又可影響自由基代謝?！?〕無論是單一運動還是長期運動都可直接影響且有效調(diào)節(jié)血漿脂質(zhì)和脂蛋白代謝。〔6〕

總之，運動營養(yǎng)學(xué)中營養(yǎng)與運動的交互作用主要體現(xiàn)在，營養(yǎng)能夠提供能量及必需的營養(yǎng)素，同時消除體內(nèi)的自由基，提高抗氧化性，從而促進(jìn)兒童健康成長；運動則增強營養(yǎng)吸收能力，促進(jìn)營養(yǎng)代謝（如下圖②③所示），從而為大腦及身體運作提供充足的能量，進(jìn)而促進(jìn)兒童健康成長。那么，這種交互作用的機制是什么，又是如何產(chǎn)生的呢？

二、營養(yǎng)與運動促進(jìn)兒童健康成長的作用機制

根據(jù)已有研究，在運動營養(yǎng)學(xué)視角下，營養(yǎng)與運動交互作用促進(jìn)兒童健康成長可能存在以下三種作用機制：葡萄糖轉(zhuǎn)化機制（glucose transport），維生素合成機制（vitamin synthesis）以及后天神經(jīng)網(wǎng)形成機制（postnatal neurogenesis）（Carol L. Cheatham，2014）。

1.葡萄糖轉(zhuǎn)化機制

在兒童運動中，葡萄糖是最主要的供能營養(yǎng)物質(zhì)。它除了維持正常的血糖濃度之外，還會以肝糖原和肌糖原的形式儲存在肝臟和肌肉中。血液中的葡萄糖水平必須維持在一定的數(shù)值之間，才能支持機體的運轉(zhuǎn)。能量的缺乏一方面會導(dǎo)致身體疲勞（疲勞是肝糖原存儲的減少與血糖濃度的降低所導(dǎo)致的〔7，8〕），另一方面會導(dǎo)致大腦細(xì)胞運作效率降低。葡萄糖可為血液運輸和大腦運作提供所需的能量。因此，提高大腦中的葡萄糖水平可以提高個體的認(rèn)知能力，尤其是記憶力。

身體運動加快血液流動速度，增加流向大腦的血液量，〔9〕進(jìn)而增加大腦對能量的利用率。功能性核磁共振成像技術(shù)（fMRI）的研究表明，大腦活動時能量消耗增加，血液流動就會增加，以保證充足的能量供給?！?0〕盡管記憶與血糖之間的關(guān)系仍待探究，〔11〕但是營養(yǎng)可為運動提供能量，同時促進(jìn)血液流動，進(jìn)而促進(jìn)營養(yǎng)吸收，這種營養(yǎng)與運動的交互作用已被有關(guān)研究證實，且與兒童的認(rèn)知發(fā)展關(guān)聯(lián)非常密切。

2.維生素合成機制

運動營養(yǎng)學(xué)的有關(guān)研究指出，運動會通過改善腸道菌群（gut microbiota），〔12〕促進(jìn)維生素的合成，如維生素D的吸收，從而促進(jìn)兒童發(fā)展。研究表明，維生素D與海馬區(qū)的神經(jīng)保護(hù)作用〔13〕以及5-羥色胺（5-hydroxytryptamine）的管理〔14〕有關(guān)。5-羥色胺影響認(rèn)知能力，〔15〕其不足會引起神經(jīng)傳導(dǎo)異常。另外色氨酸和5-羥色胺還會影響個體的情緒以及人格形成，〔16〕這兩者的缺乏，將會導(dǎo)致個體出現(xiàn)情緒低落、攻擊性行為增加等一系列問題心理行為。維生素D的缺乏很大程度上受戶外運動減少的影響。因為戶外運動不僅可為維生素D以及5-羥色胺的合成提供太陽光，更重要的是，它還能通過促進(jìn)腸道菌群的產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)維生素的合成，從而影響海馬區(qū)神經(jīng)的保護(hù)以及腦電控制，進(jìn)一步影響兒童發(fā)展。

3.后天神經(jīng)網(wǎng)形成機制

有研究表明，葡萄糖能促進(jìn)陳述性記憶的發(fā)展，但對內(nèi)隱記憶無影響。〔17〕毋庸置疑，身體運動一定影響了記憶系統(tǒng)。以神經(jīng)科學(xué)為基礎(chǔ)的后天神經(jīng)網(wǎng)形成機制理論，對運動影響兒童發(fā)展的作用機制提出了新的解讀。

陳述性記憶（declarative memory）或者關(guān)聯(lián)性記憶（relational memory），主要受個體大腦中海馬區(qū)（hippocampus）的影響，〔18〕該區(qū)域是神經(jīng)網(wǎng)形成的區(qū)域之一，并伴隨個體一生?！?9〕海馬區(qū)對營養(yǎng)和氧氣的缺乏極度敏感。已有動物研究發(fā)現(xiàn)，出生后的海馬區(qū)神經(jīng)形成與飲食有關(guān)?！?0〕另外，海馬區(qū)的發(fā)育依賴各種不同類型的營養(yǎng)物質(zhì)，如維生素A、皮質(zhì)類固醇、甲基供體（methyl donors）。維生素A的缺乏、皮質(zhì)類固醇級聯(lián)（corticosteroid cascade）的分解會導(dǎo)致成年人海馬區(qū)神經(jīng)形成的減少?！?1〕甲基供體（methyl donors）如膽堿（choline），可能決定著后天神經(jīng)形成的干細(xì)胞數(shù)量〔22〕以及海馬區(qū)的結(jié)構(gòu)。首先，在DNA表達(dá)、有絲分裂、分化、細(xì)胞凋亡中，膽堿代謝將會影響海馬區(qū)的最初結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)（vasculature）的形成。動物實驗發(fā)現(xiàn)，在母體飲食中沒有充足膽堿的老鼠身上，海馬區(qū)的脈管系統(tǒng)減少了25%，〔23〕換言之，沒有足夠的母體營養(yǎng)，海馬區(qū)的血液流動可能會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)水平。因此，在妊娠期間，婦女需要更多的膽堿。〔24〕其次，在神經(jīng)形成早期，海馬區(qū)會產(chǎn)生祖細(xì)胞池（pool of progenitor cells），祖細(xì)胞池將會作用于后天神經(jīng)形成中的神經(jīng)元（神經(jīng)元絕大部分也是來源于海馬齒狀顆粒下層（subgranular zone of the hippocampus）的祖細(xì)胞〔25〕）。這些新的神經(jīng)元會對突觸的形成、神經(jīng)的可塑性〔26〕產(chǎn)生很大影響，而在此過程中，膽堿的作用是非常關(guān)鍵的。

豐富的神經(jīng)網(wǎng)的形成對兒童后天的發(fā)展有著非常重要的作用。運動能夠促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)的形成。研究表明，長時間的身體運動可促進(jìn)神經(jīng)的形成和突觸的修剪〔27〕并增大海馬區(qū)。總之，在運動過程中，營養(yǎng)對海馬區(qū)的發(fā)育及其后續(xù)的功能選擇起著很大作用。

三、運動營養(yǎng)學(xué)視域下促進(jìn)兒童健康成長的策略

為通過保教促進(jìn)兒童成長，運動營養(yǎng)學(xué)強調(diào)要讓營養(yǎng)與運動在促進(jìn)兒童健康成長中發(fā)展積極作用。上述葡萄糖轉(zhuǎn)化機制、維生素合成機制以及后天神經(jīng)網(wǎng)形成機制均說明營養(yǎng)與運動的交互作用可促進(jìn)兒童健康成長。作為影響兒童營養(yǎng)攝入的最直接人員，幼兒園教師和家長更應(yīng)該重視這個問題。據(jù)此，研究者提出了三種促進(jìn)策略。

1.基于個體代謝特征，關(guān)注幼兒營養(yǎng)餐的個性化配置

不同個體的營養(yǎng)需要一直是運動營養(yǎng)學(xué)的關(guān)注點之一。不同個體的代謝特征不同，因此幼兒營養(yǎng)餐的配置需個性化。目前，幼兒園的營養(yǎng)餐主要依據(jù)中國營養(yǎng)學(xué)會編制的《4～6歲學(xué)齡前幼兒營養(yǎng)素參考攝入量》而制定，極少考慮不同幼兒在不同運動中的代謝特征。代謝特征和運動量的差異會引起營養(yǎng)消耗量的不同，因此幼兒園營養(yǎng)餐的配置還要結(jié)合幼兒實際的運動量以及不同年齡段幼兒的代謝特征。例如，通過心跳監(jiān)控儀器、人體感應(yīng)器甚至同位素標(biāo)定法、非接觸式熱量學(xué)儀器等監(jiān)測幼兒的運動消耗情況，然后根據(jù)幼兒的運動消耗以及所需營養(yǎng)，科學(xué)合理地為幼兒提供個性化營養(yǎng)餐，以達(dá)到既保證幼兒的營養(yǎng)充足，又不至于產(chǎn)生營養(yǎng)過剩問題的目的。另外，對個別已經(jīng)營養(yǎng)過?；蚍逝钟變簯?yīng)配置特別的營養(yǎng)餐，以使配餐更具針對性。

2.關(guān)注營養(yǎng)與運動交互作用，平衡膳食、合理運動

營養(yǎng)與運動的交互作用研究表明，運動中營養(yǎng)吸收與消耗以及營養(yǎng)代謝對運動具有促進(jìn)作用。飲食是兒童營養(yǎng)的直接來源，因此，首先需要注意平衡膳食。應(yīng)堅持以植物性食物為主、動物性食物為輔的膳食特點，保證蛋白質(zhì)和維生素的攝入，少吃高熱量低營養(yǎng)食物，〔28〕同時，幫助幼兒養(yǎng)成良好的飲食習(xí)慣。幼兒處于具體形象思維階段，對事物的認(rèn)知主要依靠實物表象與情景表象，根據(jù)這一思維特點，教師可創(chuàng)設(shè)情境化營養(yǎng)攝入環(huán)境，提高幼兒對營養(yǎng)攝入的主動性、愉悅感與滿足感，預(yù)防幼兒的挑食、偏食行為產(chǎn)生。其次要注重合理運動。《3～6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南》指出，每天應(yīng)為幼兒安排不少于兩小時的戶外活動，其中體育活動時間不少于1小時?！?9〕但教師應(yīng)注意個體差異，充分考慮幼兒的性別、興趣及運動能力，將運動游戲化、情景化，從而促使幼兒在玩中學(xué)、在玩中進(jìn)步。

3.建立運動與營養(yǎng)動態(tài)平衡的監(jiān)控系統(tǒng)

運動營養(yǎng)學(xué)強調(diào)體能的消耗與恢復(fù)是一個持續(xù)、動態(tài)的變化過程，它提示我們，建立運動與營養(yǎng)動態(tài)平衡監(jiān)控系統(tǒng)非常有必要。這個監(jiān)控系統(tǒng)包括微觀和宏觀兩個層面。微觀層面是家庭和園所的營養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，旨在及時科學(xué)有效地了解家庭及園所中兒童營養(yǎng)的攝入情況。宏觀層面則是國家營養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。美國早在上個世紀(jì)九十年代就建立了較為完善的營養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)下設(shè)多個部門，例如兒童營養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)（PedNSS）、孕期營養(yǎng)監(jiān)測系統(tǒng)（PNSS） 等?！?0〕建議我國政府各相關(guān)部門共同建立保教結(jié)合的營養(yǎng)監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，長期動態(tài)跟蹤研究兒童的營養(yǎng)變化。我國第一、二期學(xué)前教育三年行動計劃的順利結(jié)束以及第三期學(xué)前教育三年行動計劃的進(jìn)一步推進(jìn)，證明了加強政府多部門協(xié)同合作的重要性。學(xué)前教育強調(diào)保教結(jié)合，其中保育工作涉及衛(wèi)生部門，各部門可聯(lián)合幼兒園建立幼兒營養(yǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，創(chuàng)建涉及家庭、幼兒園、社區(qū)等多個系統(tǒng)的兒童營養(yǎng)監(jiān)控體系，以有效監(jiān)控兒童的生長發(fā)育和營養(yǎng)攝入情況，共建兒童運動營養(yǎng)追蹤合作共同體。

促進(jìn)兒童的健康成長是當(dāng)代兒童研究的焦點問題，在跨學(xué)科研究背景下，運動營養(yǎng)學(xué)為此提供了全新的研究視角。相信隨著人們對兒童營養(yǎng)與運動認(rèn)識的進(jìn)一步提高以及相關(guān)研究技術(shù)的進(jìn)一步普及，運動營養(yǎng)學(xué)一定能夠以理論聯(lián)系教育實踐的形式更好地發(fā)揮作用，從而真正解決當(dāng)前兒童的運動與營養(yǎng)問題，進(jìn)而為兒童的健康成長提供更加切實可行的指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕陳吉棣.運動營養(yǎng)學(xué)〔M〕.北京：北京醫(yī)科大學(xué)出版社，2002：3.

〔2〕焦穎.運動營養(yǎng)學(xué)：一門飛速發(fā)展的新學(xué)科〔J〕.北京：北京體育大學(xué)學(xué)報，1996，19（4）：43-48.

〔3〕〔4〕呂曉平.運動營養(yǎng)學(xué)〔M〕.成都：四川大學(xué)出版社，2005：284-285.

〔5〕曾國華，陳吉棣.運動與鋅、銅營養(yǎng)及自由基生物學(xué)的研究進(jìn)展〔J〕.中國運動醫(yī)學(xué)雜志，1991，10（1）：40-48.

〔6〕張宏杰，魏毅，李萍.運動和脂蛋白代謝研究進(jìn)展〔J〕.成都體育學(xué)院學(xué)報，2004，30（3）：75-77.

〔7〕COYLE E F，HAGBERG J M，HURLEY B F，et al.Carbohydrate feeding during prolonged strenuous exercise can delay fatigue〔J〕.Journal of Applied Physiology：Respiratory， Environmental and Exercise Physiology，1983，55（8）：230-235.

〔8〕NYBO L，NIELSEN B，BLOMSTRAND E，et al.Neurohumoral responses during prolonged exercise in humans〔J〕.Journal of Applied Physiology，2003，95（3）：1125-1131.

〔9〕HOPKINS R O，SUCHYTA M R，F(xiàn)ARRER T J，et al.Improving post-intensive care unit neuropsychiatric outcomes：Understanding cognitive effects of physical activity〔J〕.American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，2012，186（12）：1220-1228.

〔10〕POLLMANN S，VON CRAMON D Y.Object working memory and visuospatial processing：Functional neuroanatomy analyzed by event-related fMRI〔J〕.Experimental Brain Research，2000，133（5）：12-22.

〔11〕BROWN L A，RIBY L M.Glucose enhancement of event-related potentials associated with episodic memory and attention〔J〕.Food & Function，2013，5（4）：770-776.

〔12〕KARLSSON C L J，ONNERFALT J，XU J，et al.The microbiota of the gut in preschool children with normal and excessive body weight〔J〕.Obesity，2012，20（11）：2257-2261.

〔13〕BREWER L D，THIBAULT V，CHEN K C，et al.Vitamin D hormone confers neuroprotection in parallel with downregulation of l-type calcium channel expression in hippocampal neurons〔J〕.Journal of Neuroscience，2001，21（1）：98-108.

〔14〕LEONARD B E，MYINT A.Changes in the immune system in depression and dementia：Causal or coincidental effects〔J〕.Dialogues in Clinical Neuroscience，2006， 8（2）：163-174.

〔15〕OLVERA-CORTES M E，GUTIERREZ-GUZMAN B E，LOPEZ-LOEZA E，et al.Serotonergic modulation of hippocampal theta activity in relation to hippocampal information processing〔J〕.Experimental Brain Research，2013，230（4）：407-426.

〔16〕仇冬.膳食營養(yǎng)與兒童的情緒狀態(tài)及性格形成〔J〕.中國食物與營養(yǎng)，2006，（10）：52-53.

〔17〕MANNING C A，PARSONS M W，COTTER E M，et al.Glucose effects on declarative and nondeclarative memory in healthy elderly and young adults〔J〕.Psychobiology，1997，25（2）：103-108.

〔18〕EICHENBAUM H.A cortical-hippocampal system for declarative memory〔J〕.Nature Reviews Neuroscience，2000，（1）：41-50.

〔19〕ERIKSSON P S，PERFILIEVA E，BJORK-ERIKSSON T，et al.Neurogenesis in the adult human hippocampus〔J〕.Nature Medicine，1998，11（4）：1313-1317.

〔20〕BOITARD C，ETCHAMENDY N，SAUVANT J，et al.Juvenile，but not adult exposure to high-fat diet impairs relational memory and hippocampal neurogenesis in mice〔J〕.Hippocampus，2012， 22（11）：2095-2100.

〔21〕BONHOMME D，MINNI A M，ALFOS S，et al.Vitamin A status regulates glucocorticoid availability in wistar rats：Consequences on cognitive functions and hippocampal neurogenesis〔J〕.Frontiers in Behavioral Neuroscience，2014，（8）：1-13.

〔22〕ZEISEL S H.The supply of choline is important for fetal progenitor cells〔J〕.Seminars in Cell & Developmental Biology，2011，22（6）：624-628.

〔23〕MEHEDINT M G， GRACIUNESCU C N，ZEISEL S H.Maternal dietary choline deficiency alters angiogenesis in fetal mouse hippocampus〔J〕.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2010，107（29）：12834-12839.

〔24〕ZEISEL S H，DA COSTA K A.Choline：An essential nutrient for public health〔J〕.Nutrition Reviews，2009，67（11）：615-623.

〔25〕KUHN H G， DICKINSON-ANSON H，GAGE F H.Neurogenesis in the dentate gyrus of the adult rat：Age-related decrease of neuronal progenitor proliferation〔J〕.Journal of Neuroscience，1996，16（6）：2027-2033.

〔26〕VAN PRAAG H， SCHINDER A F，CHRISTIE B R，et al.Functional neurogenesis in the adult hippocampus〔J〕.Nature，2002，6875（415）：1030-1034.

〔27〕LAFENETRE P， LESKE O，WAHLE P，et al.The beneficial effects of physical activity on impaired adult neurogenesis and cognitive performance〔J〕.Frontiers in Neuroscience，2011，（5）：51.

〔28〕〔30〕夏慧，王寧，彭亞拉.美國國家營養(yǎng)監(jiān)測計劃及對我國的啟示〔J〕.中國食物與營養(yǎng)，2013，19（2）：5-9.

〔29〕中華人民共和國教育部.3～6歲兒童學(xué)習(xí)與發(fā)展指南〔M〕.北京：首都師范大學(xué)出版社，2012.