基于知識圖譜的低溫運動對機體影響研究特征與熱點演化

李 錚，彭麗娜，孫莉莉

前言

2022年北京冬奧會和冬殘奧會即將舉辦，同時“帶動三億人參與冰雪運動”實施綱要的提出，冬季人們參與運動的熱情逐漸增長，人們在冬季進(jìn)行體育鍛煉和體育運動，機體常常暴露于低溫環(huán)境。低溫運動是指在12℃以下的溫度進(jìn)行訓(xùn)練。低溫環(huán)境下運動對機體的影響是多方面的，如對免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、代謝系統(tǒng)和衰老產(chǎn)生影響。

Citespace是由陳超美團(tuán)隊開發(fā)，基于Java語言構(gòu)建可視化圖譜，對研究文獻(xiàn)可提供不同視角分析，分別對國家、機構(gòu)、作者、文獻(xiàn)和關(guān)鍵詞進(jìn)行從宏觀到微觀的分析[1]。Citespace在國內(nèi)體育科研領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對國家、機構(gòu)、作者、發(fā)文量、關(guān)鍵詞、共引次數(shù)進(jìn)行可視化分析，繪制體育研究相關(guān)圖譜，可得出前沿?zé)狳c研究和相關(guān)研究現(xiàn)狀并分析不足之處，為體育研究提供一定參考。

目前，采用Citespace對低溫運動可視化分析較少，本文采用Citespace可視化分析低溫運動對機體影響相關(guān)文獻(xiàn)，展現(xiàn)國內(nèi)外低溫運動的研究現(xiàn)狀、熱點和發(fā)展階段，以期為今后的低溫運動研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過web of science核心數(shù)據(jù)庫，關(guān)鍵詞設(shè)置為exercise，關(guān)聯(lián)詞設(shè)置為cold，時間跨度為1980～2021年，共搜索出文獻(xiàn)1420篇，為保證文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性和全面性，人工篩選剔除會議文獻(xiàn)、與主題研究不相符且引用量低的文獻(xiàn)756篇，最后得到符合要求的664篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

采用Citespace可視化文獻(xiàn)分析軟件，利用軟件自帶的共引網(wǎng)絡(luò)與熱點追蹤功能，對篩選出的低溫運動相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)664篇文獻(xiàn)進(jìn)行分析。

參考Chen等[2]的研究方法將Nobe Types設(shè)置為Country和Institution，其他設(shè)置默認(rèn)，citespace V將生成國家和機構(gòu)混成網(wǎng)絡(luò)。

將Node type設(shè)置為reference，剪切設(shè)置為Pathfinder”和“Pruning the merged network運行citespaceV得出關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)圖譜。

運行citespaceV軟件，將軟件設(shè)置為Cite Journal，得出共引期刊可視化圖譜。

將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)置為Keyword，閾值設(shè)置為10%，運行軟件，得出關(guān)鍵詞圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫運動研究主要國家/機構(gòu)合作可視化分析

機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)是研究主體之間為產(chǎn)生新的科學(xué)知識進(jìn)行合作的網(wǎng)絡(luò)。Citespace V軟件提供的三種層次合作網(wǎng)絡(luò)分析是作者、機構(gòu)和國家，分別對應(yīng)微觀、中觀和宏觀網(wǎng)絡(luò)。

由圖一可知，低溫運動研究領(lǐng)域形成美國-加拿大-英國的研究核心。美國與澳大利亞關(guān)于低溫運動研究聯(lián)系較緊密，多家機構(gòu)進(jìn)行合作。同時，日本與英國陸續(xù)開展低溫運動研究。分析結(jié)果顯示，從事低溫研究機構(gòu)共有408所，熱點機構(gòu)主要為醫(yī)學(xué)類院校與體育類院校，其中美國最具有代表性。由兩大聚類連接點可知，華盛頓大學(xué)連接點最多，且該大學(xué)與德克薩斯州立大學(xué)體育學(xué)院進(jìn)行多次合作。我國低溫運動研究領(lǐng)域的研究核心在北京體育大學(xué)、首都體育學(xué)院和中國醫(yī)科大學(xué)等，近年來與國外逐步開展合作，主要集中在美國康涅狄格州大學(xué)及北卡大學(xué)等多所研究機構(gòu)。

圖一 國家/機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

經(jīng)CitespaceV軟件分析，結(jié)果如表1所示，低溫運動研究發(fā)文量前3名依次為美國、英國和加拿大，其發(fā)文量均超過100篇；從中心度來看美國的影響力最高（0.39），其次為英國（0.26）、加拿大（0.06）和日本（0.05），低溫運動研究機構(gòu)發(fā)文量和中心度較高的是伯明翰大學(xué)醫(yī)學(xué)院。由圖一和表1發(fā)現(xiàn)我國在低溫運動研究領(lǐng)域與國際一流水平相比相對滯后，發(fā)文量僅占美國的11%。

表1 國家/機構(gòu)表格

2.2 低溫運動關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)分析

Citespace可視化圖譜中聚類的連接點為關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)，可為我們提供兩種思路[2]：（1）沒有連接點的兩個不同類型聚類可能未來成為研究熱點。（2）有連接點兩個聚類文獻(xiàn)可能為經(jīng)典文獻(xiàn)。本文對聚類中關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示，目前對于低溫運動的研究主要集中在四個領(lǐng)域，分別為低溫運動對免疫系統(tǒng)功能、心血管系統(tǒng)機能、脂肪及衰老的影響。高被引頻次文章如表2所示，其中最高引用頻次為2324，該文獻(xiàn)為“PGC1-α依賴的肌細(xì)胞因子，驅(qū)動褐色脂肪樣白色脂肪的發(fā)育和生熱作用”。

表2 關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)名稱

2.2.1 低溫運動對免疫系統(tǒng)的影響

免疫是對外界應(yīng)激產(chǎn)生的反應(yīng)[3]，不同的應(yīng)激產(chǎn)生不同的免疫反應(yīng)，如低溫下進(jìn)行大強度訓(xùn)練會造成免疫力下降[4]，中等強度運動可能修正低溫環(huán)境對機體產(chǎn)生的異常免疫反應(yīng)[5]。機體暴露在冷環(huán)境下會產(chǎn)生免疫抑制，主要表現(xiàn)在淋巴細(xì)胞增殖減少[6]、級聯(lián)免疫反應(yīng)下調(diào)和NK細(xì)胞減少[7]，中等強度訓(xùn)練后會加速免疫系統(tǒng)適應(yīng)與恢復(fù)[4]。Fitzgerald等[8]提出NK細(xì)胞是對機體運動最為敏感的免疫細(xì)胞。針對速滑運動員唾液分泌物檢測發(fā)現(xiàn)，運動員在大強度運動訓(xùn)練后免疫球蛋白A（s-IgA）顯著降低，這可能導(dǎo)致上呼吸道感染[9]。低溫運動會促進(jìn)機體分泌腎上腺髓質(zhì)激素與兒茶酚胺激素，對免疫產(chǎn)生有利作用[10，11]。綜上所述，在冷環(huán)境下適當(dāng)運動機體可調(diào)整低溫帶來的免疫異常，大強度訓(xùn)練則會抑制免疫系統(tǒng)造成上呼吸道感染等病癥。而環(huán)境因素[5]、心理因素[12]、動作熟練度[13]、性別[14]、年齡[15]、生物節(jié)律[16]等眾多因素都會影響機體在冷應(yīng)激下的免疫系統(tǒng)。針對運動員不同應(yīng)激對心理和NK細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，運動員在冷應(yīng)激的條件下心理易焦慮及NK細(xì)胞活性顯著提升[12]，這可能由于低溫環(huán)境不利于機體生存從而產(chǎn)生焦慮感。

缺陷的影響指如果缺陷未被發(fā)現(xiàn)并修正，而是投入運行，將會產(chǎn)生什么樣的影響或系統(tǒng)將產(chǎn)生什么類型的錯誤，缺陷影響屬性描述了這些影響的性質(zhì)。缺陷的影響包括：可達(dá)性、性能、可靠性、安全性、易用性、可維護(hù)性、可安裝性等。

在冷環(huán)境下，機體免疫系統(tǒng)呈現(xiàn)多種變化以適應(yīng)外界環(huán)境，從而可能促進(jìn)物種進(jìn)化。從事冰雪競技運動，機體免疫系統(tǒng)受多因素影響，可能還受心理因素和動作熟練度的影響，這有待于進(jìn)一步研究。

2.2.2 低溫運動對脂肪的影響

大量研究表明，機體在冷應(yīng)激的條件下主要依靠褐色脂肪供熱[17]，在冷應(yīng)激條件下大鼠AMPK蛋白通路被激活[18]同時促進(jìn)消耗飽和脂肪酸[19]，大鼠通過運動使血液中的腎上腺素增多和交感神經(jīng)活動增強，從而加速棕色脂肪產(chǎn)生能量[20]，根據(jù)交叉耐受假說，上述兩種情況可能會加強下游通路的反應(yīng)[21]，所以低溫和運動兩個應(yīng)激會加速棕色脂肪分解發(fā)熱。Cinti等[22]提出白色脂肪在冷環(huán)境或運動的情況下會轉(zhuǎn)換為褐色脂肪（見圖3），具體機制為運動與冷應(yīng)激會刺激AMPK通路激活[23]，AMPK激活下游PGC1-α和UCP-1[24]，F(xiàn)NDC5蛋白表達(dá)增多[18]，同時增加鳶尾素分泌[25]。

2.2.3 低溫運動對心血管系統(tǒng)的影響

研究表明，受試者經(jīng)60天中等強度訓(xùn)練后，其有氧代謝能力、每搏輸出量與心率提高，出現(xiàn)運動心臟，有氧運動可能顯著降低血壓[26]。暴露在冷環(huán)境下，機體心血管系統(tǒng)會產(chǎn)生一定的應(yīng)激[27]：1.外周血管血流不足導(dǎo)致體表溫度降低[11]；2.外周血管縮小以減少低溫帶來的熱量流失[28]。不同的冷刺激會造成不同的反應(yīng)，突然的冷暴露會刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮加強心率[29]，長期暴露在冷環(huán)境里會使副交感神經(jīng)興奮抑制心率[30]。不同年齡的人群在低溫運動中存在較大差異，老年人暴露在冷環(huán)境中會導(dǎo)致左心室負(fù)荷增大、血壓提升，容易導(dǎo)致心血管系統(tǒng)風(fēng)險[31]，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是老年人隨著年齡的提升，心肌中HPS-72蛋白表達(dá)減少[32，33]，HPS-72蛋白表達(dá)代表與心肌保護(hù)相關(guān)。若老年人在低溫運動時，做適應(yīng)性訓(xùn)練是必要的[34，35]。

2.3 低溫運動共引期刊分析

低溫運動研究領(lǐng)域內(nèi)被引量文獻(xiàn)分析見表3中，共6本，分別為應(yīng)用生理學(xué)雜志、J APPL PHYSIOL、MED SCI SPORT EXER、EUR JAPPL PHYSIOL、JPHYSIOL-LONDON、NATURE、BRIT J SPORT MED其中美國3篇、英國3篇。

表3 共被引期刊名稱

2.4 研究熱點演進(jìn)分析

研究熱點是指在一段時間內(nèi)，有廣泛聯(lián)系和內(nèi)在研究并且使用相同視角的文獻(xiàn)，對低溫運動領(lǐng)域的研究領(lǐng)域熱點分析，有利于掌握低溫運動領(lǐng)域內(nèi)的研究脈絡(luò)與發(fā)展前景[1]。

由圖二和表4可知，關(guān)鍵詞依次出現(xiàn)的順序為exercise（訓(xùn)練），immune system（免疫系統(tǒng)），heart rate（心率），white fat（白色脂肪），stem cell（干細(xì)胞）等高頻節(jié)點。通過對高頻節(jié)點進(jìn)行分析，可以得出國外低溫運動研究領(lǐng)域熱點變化的四大階段。

圖二 共現(xiàn)關(guān)鍵詞圖譜

表4 低溫運動的各個階段共引關(guān)鍵詞

第一階段（1992-1997）：此階段研究的重點是低溫運動對免疫系統(tǒng)的影響，在此階段的熱點關(guān)鍵詞為訓(xùn)練、冷暴露、免疫系統(tǒng)。此階段的高被引文獻(xiàn)為《運動與免疫》、《機體低溫環(huán)境下免疫變化》、《運動員感染》，作者分別為三人Castellani JW，論證低溫環(huán)境下運動員免疫系統(tǒng)變化[8，36，37]。

第二階段（1998-2007）：此階段研究的重點是低溫運動對心血管系統(tǒng)機能的影響，標(biāo)志性文獻(xiàn)為《Autonomic conflict′：a different way to die during cold water immersion》作者為Shattock，該研究指出運動員在急性冷暴露的情況下心率加速，而經(jīng)過一段時間運動訓(xùn)練適應(yīng)后，又會出現(xiàn)心動徐緩。

第三階段（2008-2019）：該階段研究重點轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏剡\動對白色脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣镜南嚓P(guān)機制。在此階段被引最高的文獻(xiàn)為《A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brownfat-like development of white fat and thermogenesis》作 者 為Bostr?m，該研究證明了經(jīng)過一段時間低溫有氧訓(xùn)練后的肌肉會分泌一種叫PGC-1α的蛋白，該蛋白調(diào)控的下游因子之一鳶尾素，鳶尾素可以作用于白色脂肪細(xì)胞，誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)化為棕色脂肪細(xì)胞。

第四階段（2019-2021）：此階段的研究熱點為低溫運動對人體衰老的影響。該領(lǐng)域的標(biāo)志性文獻(xiàn)為《NAD（+）repletion improves mitochondrial and stem cell function and enhances life span in mice》作者為Zhang，該研究論證了NAD+可以通過改善干細(xì)胞功能來延緩衰老[38，39]。

3 國外低溫運動對機體影響研究對我國啟示

3.1 我國研究現(xiàn)狀

我國近年來對低溫運動研究總體上升。通過中國知網(wǎng)搜索低溫關(guān)聯(lián)詞為運動，共得出161篇文章。其中學(xué)術(shù)期刊82篇，學(xué)位論文16篇，會議11篇，其中核心文獻(xiàn)為27篇。我國主要關(guān)注點在低溫運動對身體脂肪代謝的影響[40]和低溫運動對人體神經(jīng)肌肉控制的影響[41]。

3.2 本研究對我國低溫運動研究的啟示

本研究通過對國外低溫運動研究進(jìn)行可視化分析。體育科學(xué)，醫(yī)學(xué)和生物學(xué)交叉研究是未來熱點研究。在未來的研究中建議加強以下幾點：1.要有跨學(xué)科的思維進(jìn)行研究，尤其是增強體育科學(xué)與分子生物學(xué)交叉研究。因為低溫運動是多種學(xué)科，多種應(yīng)激因素共同構(gòu)成的結(jié)果，單獨從一方面進(jìn)行研究缺少全面性。2.低溫運動對衰老的研究可能是未來的趨勢，人體暴露在低溫環(huán)境下會出現(xiàn)多種輔酶，NAD+就是其中之一，具有調(diào)節(jié)干細(xì)胞從而延緩衰老的作用。但其中的具體機制，還需要后續(xù)大量的研究進(jìn)行完善豐富。3.對于冰雪項目運動員而言，影響因素是復(fù)雜和多變的，要從多方面、多角度去分析和研究。

3.3 本研究存在的局限

本文采用Citespace V針對低溫運動領(lǐng)域進(jìn)行可視化研究分析，但存在以下幾點局限。1.雖然Web of science包含大部分低溫運動對機體影響的相關(guān)文獻(xiàn)，但也會有遺漏。2.web of science不包含學(xué)位論文，而學(xué)位論文有時是該領(lǐng)域內(nèi)的重大突破研究。3.CitespaceV軟件可對高引量文獻(xiàn)，高水平文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，但一些剛剛發(fā)表的文獻(xiàn)還沒有時間被高引。雖然可視化圖譜可以客觀的反應(yīng)研究領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點和關(guān)鍵性文獻(xiàn)，但由于參數(shù)設(shè)置，會自動隱藏一些最新信息。

4 結(jié)論

通過CitespaceⅤ分析可以得出以下幾點結(jié)果：1國外該領(lǐng)域機構(gòu)人才緊密合作，往往一篇高水平論文包含多家研究機構(gòu)。2.我國在該領(lǐng)域?qū)儆谄鸩诫A段，但成長迅速，影響力逐年提升。3.該領(lǐng)域頂尖學(xué)者往往在頂級醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)任職，這說明醫(yī)學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在低溫運動下身體會產(chǎn)生各種有利反應(yīng)。目前，我國該領(lǐng)域?qū)W者在國外期刊發(fā)文相對較少。