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，人們在冬季進行體育鍛煉和體育運動，機體常常暴露于低溫環境。低溫運動是指在12℃以下的溫度進行訓練。低溫環境下運動對機體的影響是多方面的，如對免疫系統、心血管系統、代謝系統和衰老產生影響。

Citespace是由陳超美團隊開發，基于Java語言構建可視化圖譜，對研究文獻可提供不同視角分析，分別對國家、機構、作者、文獻和關鍵詞進行從宏觀到微觀的分析[1]。Citespace在國內體育科研領域廣泛應用，對國家、機構、作者、發文量、關鍵詞、共引次數進行可視化分析，繪制體育研究相關圖譜，可得出前沿熱點研究和相關研究現狀并分析不足之處，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文獻，展現國內外低溫運動的研究現狀、熱點和發展階段，以期為今后的低溫運動研究提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 數據來源

通過web of science核心數據庫，關鍵詞設置為exercise，關聯詞設置為cold，時間跨度為1980～2021年，共搜索出文獻1420篇，為保證文獻數據的有效性和全面性，人工篩選剔除會議文獻、與主題研究不相符且引用量低的文獻756篇，最后得到符合要求的664篇文獻。

1.2 研究方法

采用Citespace可視化文獻分析軟件，利用軟件自帶的共引網絡與熱點追蹤功能，對篩選出的低溫運動相關領域內664篇文獻進行分析。

參考Chen等[2]的研究方法將Nobe Types設置為Country和Institution，其他設置默認，citespace V將生成國家和機構混成網絡。

將Node type設置為reference，剪切設置為Pathfinder”和“Pruning the merged network運行citespaceV得出關鍵節點文獻圖譜。

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

將網絡節點設置為Keyword，閾值設置為10%，運行軟件，得出關鍵詞圖譜。

2 結果與分析

2.1 低溫運動研究主要國家/機構合作可視化分析

機構合作網絡是研究主體之間為產生新的科學知識進行合作的網絡。Citespace V軟件提供的三種層次合作網絡分析是作者、機構和國家，分別對應微觀、中觀和宏觀網絡。

由圖一可知，低溫運動研究領域形成美國-加拿大-英國的研究核心。美國與澳大利亞關于低溫運動研究聯系較緊密，多家機構進行合作。同時，日本與英國陸續開展低溫運動研究。分析結果顯示，從事低溫研究機構共有408所，熱點機構主要為醫學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，華盛頓大學連接點最多，且該大學與德克薩斯州立大學體育學院進行多次合作。我國低溫運動研究領域的研究核心在北京體育大學、首都體育學院和中國醫科大學等，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及北卡大學等多所研究機構。

圖一 國家/機構合作網絡

經CitespaceV軟件分析，結果如表1所示，低溫運動研究發文量前3名依次為美國、英國和加拿大，其發文量均超過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），低溫運動研究機構發文量和中心度較高的是伯明翰大學醫學院。由圖一和表1發現我國在低溫運動研究領域與國際一流水平相比相對滯后，發文量僅占美國的11%。

表1 國家/機構表格

2.2 低溫運動關鍵節點文獻分析

Citespace可視化圖譜中聚類的連接點為關鍵節點文獻，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可能為經典文獻。本文對聚類中關鍵節點文獻進行分析，結果如圖2所示，目前對于低溫運動的研究主要集中在四個領域，分別為低溫運動對免疫系統功能、心血管系統機能、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，該文獻為“PGC1-α依賴的肌細胞因子，驅動褐色脂肪樣白色脂肪的發育和生熱作用”。

表2 關鍵節點文獻名稱

2.2.1 低溫運動對免疫系統的影響

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

缺陷的影響指如果缺陷未被發現并修正，而是投入運行，將會產生什么樣的影響或系統將產生什么類型的錯誤，缺陷影響屬性描述了這些影響的性質。缺陷的影響包括：可達性、性能、可靠性、安全性、易用性、可維護性、可安裝性等。

在冷環境下，機體免疫系統呈現多種變化以適應外界環境，從而可能促進物種進化。從事冰雪競技運動，機體免疫系統受多因素影響，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，機體在冷應激的條件下主要依靠褐色脂肪供熱[17]，在冷應激條件下大鼠AMPK蛋白通路被激活[18]同時促進消耗飽和脂肪酸[19]，大鼠通過運動使血液中的腎上腺素增多和交感神經活動增強，從而加速棕色脂肪產生能量[20]，根據交叉耐受假說，上述兩種情況可能會加強下游通路的反應[21]，所以低溫和運動兩個應激會加速棕色脂肪分解發熱。Cinti等[22]提出白色脂肪在冷環境或運動的情況下會轉換為褐色脂肪（見圖3），具體機制為運動與冷應激會刺激AMPK通路激活[23]，AMPK激活下游PGC1-α和UCP-1[24]，FNDC5蛋白表達增多[18]，同時增加鳶尾素分泌[25]。

2.2.3 低溫運動對心血管系統的影響

研究表明，受試者經60天中等強度訓練后，其有氧代謝能力、每搏輸出量與心率提高，出現運動心臟，有氧運動可能顯著降低血壓[26]。暴露在冷環境下，機體心血管系統會產生一定的應激[27]：1.外周血管血流不足導致體表溫度降低[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，突然的冷暴露會刺激交感神經系統興奮加強心率[29]，長期暴露在冷環境里會使副交感神經興奮抑制心率[30]。不同年齡的人群在低溫運動中存在較大差異，老年人暴露在冷環境中會導致左心室負荷增大、血壓提升，容易導致心血管系統風險[31]，產生這一現象的原因可能是老年人隨著年齡的提升，心肌中HPS-72蛋白表達減少[32，33]，HPS-72蛋白表達代表與心肌保護相關。若老年人在低溫運動時，做適應性訓練是必要的[34，35]。

2.3 低溫運動共引期刊分析

低溫運動研究領域內被引量文獻分析見表3中，共6本，分別為應用生理學雜志、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 研究熱點演進分析

研究熱點是指在一段時間內，有廣泛聯系和內在研究并且使用相同視角的文獻，對低溫運動領域的研究領域熱點分析，有利于掌握低溫運動領域內的研究脈絡與發展前景[1]。

由圖二和表4可知，關鍵詞依次出現的順序為exercise（訓練），immune system（免疫系統），heart rate（心率），white fat（白色脂肪），stem cell（干細胞）等高頻節點。通過對高頻節點進行分析，可以得出國外低溫運動研究領域熱點變化的四大階段。

圖二 共現關鍵詞圖譜

表4 低溫運動的各個階段共引關鍵詞

第一階段（1992-1997）：此階段研究的重點是低溫運動對免疫系統的影響，在此階段的熱點關鍵詞為訓練、冷暴露、免疫系統。此階段的高被引文獻為《運動與免疫》、《機體低溫環境下免疫變化》、《運動員感染》，作者分別為三人Castellani JW，論證低溫環境下運動員免疫系統變化[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機能的影響，標志性文獻為《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，而經過一段時間運動訓練適應后，又會出現心動徐緩。

第三階段（2008-2019）：該階段研究重點轉變為低溫運動對白色脂肪轉變為棕色脂肪的相關機制。在此階段被引最高的文獻為《A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brownfat-like development of white fat and thermogenesis》作 者 為Bostr?m，該研究證明了經過一段時間低溫有氧訓練后的肌肉會分泌一種叫PGC-1α的蛋白，該蛋白調控的下游因子之一鳶尾素，鳶尾素可以作用于白色脂肪細胞，誘導其轉化為棕色脂肪細胞。

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。該領域的標志性文獻為《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 我國研究現狀

我國近年來對低溫運動研究總體上升。通過中國知網搜索低溫關聯詞為運動，共得出161篇文章。其中學術期刊82篇，學位論文16篇，會議11篇，其中核心文獻為27篇。我國主要關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行可視化分析。體育科學，醫學和生物學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.要有跨學科的思維進行研究，尤其是增強體育科學與分子生物學交叉研究。因為低溫運動是多種學科，多種應激因素共同構成的結果，單獨從一方面進行研究缺少全面性。2.低溫運動對衰老的研究可能是未來的趨勢，人體暴露在低溫環境下會出現多種輔酶，NAD+就是其中之一，具有調節干細胞從而延緩衰老的作用。但其中的具體機制，還需要后續大量的研究進行完善豐富。3.對于冰雪項目運動員而言，影響因素是復雜和多變的，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針對低溫運動領域進行可視化研究分析，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文獻，但也會有遺漏。2.web of science不包含學位論文，而學位論文有時是該領域內的重大突破研究。3.CitespaceV軟件可對高引量文獻，高水平文獻進行可視化分析，但一些剛剛發表的文獻還沒有時間被高引。雖然可視化圖譜可以客觀的反應研究領域內的研究熱點和關鍵性文獻，但由于參數設置，會自動隱藏一些最新信息。

4 結論

通過CitespaceⅤ分析可以得出以下幾點結果：1國外該領域機構人才緊密合作，往往一篇高水平論文包含多家研究機構。2.我國在該領域屬于起步階段，但成長迅速，影響力逐年提升。3.該領域頂尖學者往往在頂級醫學研究機構任職，這說明醫學已經發現在低溫運動下身體會產生各種有利反應。目前，我國該領域學者在國外期刊發文相對較少。