基于知识图谱的低温运动对机体影响研究特征与热点演化

李 铮，彭丽娜，孙莉莉

前言

2022年北京冬奥会和冬残奥会即将举办，同时“带动三亿人参与冰雪运动”实施纲要的提出，冬季人们参与运动的热情逐渐增长，人们在冬季进行体育锻炼和体育运动，机体常常暴露于低温环境。低温运动是指在12℃以下的温度进行训练。低温环境下运动对机体的影响是多方面的，如对免疫系统、心血管系统、代谢系统和衰老产生影响。

Citespace是由陈超美团队开发，基于Java语言构建可视化图谱，对研究文献可提供不同视角分析，分别对国家、机构、作者、文献和关键词进行从宏观到微观的分析[1]。Citespace在国内体育科研领域广泛应用，对国家、机构、作者、发文量、关键词、共引次数进行可视化分析，绘制体育研究相关图谱，可得出前沿热点研究和相关研究现状并分析不足之处，为体育研究提供一定参考。

目前，采用Citespace对低温运动可视化分析较少，本文采用Citespace可视化分析低温运动对机体影响相关文献，展现国内外低温运动的研究现状、热点和发展阶段，以期为今后的低温运动研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 数据来源

通过web of science核心数据库，关键词设置为exercise，关联词设置为cold，时间跨度为1980～2021年，共搜索出文献1420篇，为保证文献数据的有效性和全面性，人工筛选剔除会议文献、与主题研究不相符且引用量低的文献756篇，最后得到符合要求的664篇文献。

1.2 研究方法

采用Citespace可视化文献分析软件，利用软件自带的共引网络与热点追踪功能，对筛选出的低温运动相关领域内664篇文献进行分析。

参考Chen等[2]的研究方法将Nobe Types设置为Country和Institution，其他设置默认，citespace V将生成国家和机构混成网络。

将Node type设置为reference，剪切设置为Pathfinder”和“Pruning the merged network运行citespaceV得出关键节点文献图谱。

运行citespaceV软件，将软件设置为Cite Journal，得出共引期刊可视化图谱。

将网络节点设置为Keyword，阈值设置为10%，运行软件，得出关键词图谱。

2 结果与分析

2.1 低温运动研究主要国家/机构合作可视化分析

机构合作网络是研究主体之间为产生新的科学知识进行合作的网络。Citespace V软件提供的三种层次合作网络分析是作者、机构和国家，分别对应微观、中观和宏观网络。

由图一可知，低温运动研究领域形成美国-加拿大-英国的研究核心。美国与澳大利亚关于低温运动研究联系较紧密，多家机构进行合作。同时，日本与英国陆续开展低温运动研究。分析结果显示，从事低温研究机构共有408所，热点机构主要为医学类院校与体育类院校，其中美国最具有代表性。由两大聚类连接点可知，华盛顿大学连接点最多，且该大学与德克萨斯州立大学体育学院进行多次合作。我国低温运动研究领域的研究核心在北京体育大学、首都体育学院和中国医科大学等，近年来与国外逐步开展合作，主要集中在美国康涅狄格州大学及北卡大学等多所研究机构。

图一 国家/机构合作网络

经CitespaceV软件分析，结果如表1所示，低温运动研究发文量前3名依次为美国、英国和加拿大，其发文量均超过100篇；从中心度来看美国的影响力最高（0.39），其次为英国（0.26）、加拿大（0.06）和日本（0.05），低温运动研究机构发文量和中心度较高的是伯明翰大学医学院。由图一和表1发现我国在低温运动研究领域与国际一流水平相比相对滞后，发文量仅占美国的11%。

表1 国家/机构表格

2.2 低温运动关键节点文献分析

Citespace可视化图谱中聚类的连接点为关键节点文献，可为我们提供两种思路[2]：（1）没有连接点的两个不同类型聚类可能未来成为研究热点。（2）有连接点两个聚类文献可能为经典文献。本文对聚类中关键节点文献进行分析，结果如图2所示，目前对于低温运动的研究主要集中在四个领域，分别为低温运动对免疫系统功能、心血管系统机能、脂肪及衰老的影响。高被引频次文章如表2所示，其中最高引用频次为2324，该文献为“PGC1-α依赖的肌细胞因子，驱动褐色脂肪样白色脂肪的发育和生热作用”。

表2 关键节点文献名称

2.2.1 低温运动对免疫系统的影响

免疫是对外界应激产生的反应[3]，不同的应激产生不同的免疫反应，如低温下进行大强度训练会造成免疫力下降[4]，中等强度运动可能修正低温环境对机体产生的异常免疫反应[5]。机体暴露在冷环境下会产生免疫抑制，主要表现在淋巴细胞增殖减少[6]、级联免疫反应下调和NK细胞减少[7]，中等强度训练后会加速免疫系统适应与恢复[4]。Fitzgerald等[8]提出NK细胞是对机体运动最为敏感的免疫细胞。针对速滑运动员唾液分泌物检测发现，运动员在大强度运动训练后免疫球蛋白A（s-IgA）显著降低，这可能导致上呼吸道感染[9]。低温运动会促进机体分泌肾上腺髓质激素与儿茶酚胺激素，对免疫产生有利作用[10，11]。综上所述，在冷环境下适当运动机体可调整低温带来的免疫异常，大强度训练则会抑制免疫系统造成上呼吸道感染等病症。而环境因素[5]、心理因素[12]、动作熟练度[13]、性别[14]、年龄[15]、生物节律[16]等众多因素都会影响机体在冷应激下的免疫系统。针对运动员不同应激对心理和NK细胞的研究中发现，运动员在冷应激的条件下心理易焦虑及NK细胞活性显著提升[12]，这可能由于低温环境不利于机体生存从而产生焦虑感。

缺陷的影响指如果缺陷未被发现并修正，而是投入运行，将会产生什么样的影响或系统将产生什么类型的错误，缺陷影响属性描述了这些影响的性质。缺陷的影响包括：可达性、性能、可靠性、安全性、易用性、可维护性、可安装性等。

在冷环境下，机体免疫系统呈现多种变化以适应外界环境，从而可能促进物种进化。从事冰雪竞技运动，机体免疫系统受多因素影响，可能还受心理因素和动作熟练度的影响，这有待于进一步研究。

2.2.2 低温运动对脂肪的影响

大量研究表明，机体在冷应激的条件下主要依靠褐色脂肪供热[17]，在冷应激条件下大鼠AMPK蛋白通路被激活[18]同时促进消耗饱和脂肪酸[19]，大鼠通过运动使血液中的肾上腺素增多和交感神经活动增强，从而加速棕色脂肪产生能量[20]，根据交叉耐受假说，上述两种情况可能会加强下游通路的反应[21]，所以低温和运动两个应激会加速棕色脂肪分解发热。Cinti等[22]提出白色脂肪在冷环境或运动的情况下会转换为褐色脂肪（见图3），具体机制为运动与冷应激会刺激AMPK通路激活[23]，AMPK激活下游PGC1-α和UCP-1[24]，FNDC5蛋白表达增多[18]，同时增加鸢尾素分泌[25]。

2.2.3 低温运动对心血管系统的影响

研究表明，受试者经60天中等强度训练后，其有氧代谢能力、每搏输出量与心率提高，出现运动心脏，有氧运动可能显著降低血压[26]。暴露在冷环境下，机体心血管系统会产生一定的应激[27]：1.外周血管血流不足导致体表温度降低[11]；2.外周血管缩小以减少低温带来的热量流失[28]。不同的冷刺激会造成不同的反应，突然的冷暴露会刺激交感神经系统兴奋加强心率[29]，长期暴露在冷环境里会使副交感神经兴奋抑制心率[30]。不同年龄的人群在低温运动中存在较大差异，老年人暴露在冷环境中会导致左心室负荷增大、血压提升，容易导致心血管系统风险[31]，产生这一现象的原因可能是老年人随着年龄的提升，心肌中HPS-72蛋白表达减少[32，33]，HPS-72蛋白表达代表与心肌保护相关。若老年人在低温运动时，做适应性训练是必要的[34，35]。

2.3 低温运动共引期刊分析

低温运动研究领域内被引量文献分析见表3中，共6本，分别为应用生理学杂志、J APPL PHYSIOL、MED SCI SPORT EXER、EUR JAPPL PHYSIOL、JPHYSIOL-LONDON、NATURE、BRIT J SPORT MED其中美国3篇、英国3篇。

表3 共被引期刊名称

2.4 研究热点演进分析

研究热点是指在一段时间内，有广泛联系和内在研究并且使用相同视角的文献，对低温运动领域的研究领域热点分析，有利于掌握低温运动领域内的研究脉络与发展前景[1]。

由图二和表4可知，关键词依次出现的顺序为exercise（训练），immune system（免疫系统），heart rate（心率），white fat（白色脂肪），stem cell（干细胞）等高频节点。通过对高频节点进行分析，可以得出国外低温运动研究领域热点变化的四大阶段。

图二 共现关键词图谱

表4 低温运动的各个阶段共引关键词

第一阶段（1992-1997）：此阶段研究的重点是低温运动对免疫系统的影响，在此阶段的热点关键词为训练、冷暴露、免疫系统。此阶段的高被引文献为《运动与免疫》、《机体低温环境下免疫变化》、《运动员感染》，作者分别为三人Castellani JW，论证低温环境下运动员免疫系统变化[8，36，37]。

第二阶段（1998-2007）：此阶段研究的重点是低温运动对心血管系统机能的影响，标志性文献为《Autonomic conflict′：a different way to die during cold water immersion》作者为Shattock，该研究指出运动员在急性冷暴露的情况下心率加速，而经过一段时间运动训练适应后，又会出现心动徐缓。

第三阶段（2008-2019）：该阶段研究重点转变为低温运动对白色脂肪转变为棕色脂肪的相关机制。在此阶段被引最高的文献为《A PGC1-alpha-dependent myokine that drives brownfat-like development of white fat and thermogenesis》作 者 为Boström，该研究证明了经过一段时间低温有氧训练后的肌肉会分泌一种叫PGC-1α的蛋白，该蛋白调控的下游因子之一鸢尾素，鸢尾素可以作用于白色脂肪细胞，诱导其转化为棕色脂肪细胞。

第四阶段（2019-2021）：此阶段的研究热点为低温运动对人体衰老的影响。该领域的标志性文献为《NAD（+）repletion improves mitochondrial and stem cell function and enhances life span in mice》作者为Zhang，该研究论证了NAD+可以通过改善干细胞功能来延缓衰老[38，39]。

3 国外低温运动对机体影响研究对我国启示

3.1 我国研究现状

我国近年来对低温运动研究总体上升。通过中国知网搜索低温关联词为运动，共得出161篇文章。其中学术期刊82篇，学位论文16篇，会议11篇，其中核心文献为27篇。我国主要关注点在低温运动对身体脂肪代谢的影响[40]和低温运动对人体神经肌肉控制的影响[41]。

3.2 本研究对我国低温运动研究的启示

本研究通过对国外低温运动研究进行可视化分析。体育科学，医学和生物学交叉研究是未来热点研究。在未来的研究中建议加强以下几点：1.要有跨学科的思维进行研究，尤其是增强体育科学与分子生物学交叉研究。因为低温运动是多种学科，多种应激因素共同构成的结果，单独从一方面进行研究缺少全面性。2.低温运动对衰老的研究可能是未来的趋势，人体暴露在低温环境下会出现多种辅酶，NAD+就是其中之一，具有调节干细胞从而延缓衰老的作用。但其中的具体机制，还需要后续大量的研究进行完善丰富。3.对于冰雪项目运动员而言，影响因素是复杂和多变的，要从多方面、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针对低温运动领域进行可视化研究分析，但存在以下几点局限。1.虽然Web of science包含大部分低温运动对机体影响的相关文献，但也会有遗漏。2.web of science不包含学位论文，而学位论文有时是该领域内的重大突破研究。3.CitespaceV软件可对高引量文献，高水平文献进行可视化分析，但一些刚刚发表的文献还没有时间被高引。虽然可视化图谱可以客观的反应研究领域内的研究热点和关键性文献，但由于参数设置，会自动隐藏一些最新信息。

4 结论

通过CitespaceⅤ分析可以得出以下几点结果：1国外该领域机构人才紧密合作，往往一篇高水平论文包含多家研究机构。2.我国在该领域属于起步阶段，但成长迅速，影响力逐年提升。3.该领域顶尖学者往往在顶级医学研究机构任职，这说明医学已经发现在低温运动下身体会产生各种有利反应。目前，我国该领域学者在国外期刊发文相对较少。