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运动促进机体免疫的研究进展综述

更新时间:2021-04-09 08:37点击:

摘    要:
目的 通过大数据分析证据,对运动促进机体免疫的研究热点与进展进行综述,为未来研究提供理论基础。方法 基于知识图谱的研究范式,通过对Web of Science数据库、中国知网数据库于2020年3月6日提取与本研究领域相关文献数据,进行筛选后,确定英文文献1542篇,中文文献1258篇为研究样本数据。应用Cite Space对其发文量、发文国家、关键词及被引文献等进行可视化表征。结果:该领域较前沿的研究主题集中在运动干预的调节免疫系统平衡改善癌症症状及促炎与抗炎细胞因子的作用,以及通过如太极拳,瑜伽等运动调节免疫系统对心理疾病的影响。结论:研究通过知识图谱研究范式对发文的量化数据进行了表征,基于可视化数据分析了该领域研究演进规律,虽然国内在该领域相对于国际的科研主题较滞后,但未来可以利用我国传统体育项目特点,基于生理学机制讨论体医融合的新途径。
 
关键词:
体育运动 免疫能力 知识图谱 研究热点 研究进展
 
A Summary of the Research Progress of Exercise Promoting Body Immunity
Wang Lin He Yang Jing Longjun
Sport Department,Guilin University of Electronic Technology;
Abstract:
Objective: To analyze the evidence through big data,to review the research hotspots and progress of exercise promoting immunity,and to provide a theoretical basis for future research. Methods: Based on the research paradigm of the knowledge graph,the Web of Science database and CNKI database were extracted on March 6,2020 and related to the research field. After screening,1,542 English documents and 1,258 Chinese documents were determined as research sample data. Use CiteS pace to visually analyze the amount of articles,the country of posting,keywords and cited documents. Result: Most cutting-edge research topics in this field focus on exercise intervention to regulate the balance of the immune system,improve cancer symptoms and the effects of pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokines,and regulate the immune system's impact on mental illness through exercises such as Tai Chi and yoga. Conclusion: The study uses the knowledge graph research paradigm to characterize the quantitative data published,and analyze the evolution law of this field based on visual data. Although the domestic research topics in this field are lagging behind the international research topics,we can use the features of traditional sports events in China to discuss a new way of fusion of sports and medicine based on the physiological mechanism.
 
Keyword:
sports; immunity; knowledge graph; research hotspot; research progress;
 
前言
运动提高免疫力是近几年国际通过交叉学科的研究提升人们身心健康的热点领域,机体免疫力分为自然免疫力与人工免疫力,其都可以通过主动或被动的形式获得。缺乏身体活动会影响人体免疫力,并随着年龄的增长而显著增加。身体活动能够优化巨噬细胞中IL-12的作用,帮助抗肿瘤反应;同时可以显著增加IL-6和IL-10,对抗炎症有一定作用等。
 
然而该领域在以往综述研究中,还未应用大数据对大样本文献数据进行可视化的表征,对研究大数据进行可视化的分析可以直观、全面的了解这一研究领域的总体概况、发展脉络等问题,为研究人员找到该领域的研究重点提供了有利的证据,在医疗等学科已经广泛应用[7]。同时,该研究通过大数据分析结果,从而进行定性的研究进展综述,为未来研究提供该领域主题的当前知识状态的基本理解,以及讨论未涉及或有争议的研究主题,为未来研究提供理论基础。最后,对国内外的研究成果、方法等进行对比,可以借鉴国外先进理论,同时为相关研究人员提供评判式学习的机会。
 
因此,该研究目的运用Cite Space可视化工具,知识图谱研究范式深入挖掘了该领域高频研究国家、机构发文趋势;核心作者的发文分布及合作网络与国内研究进行对比,为今后研究主题提供量化数据;系统性分析国内外被引文献主题聚类、热点关键词以及突发性文献,为国内研究奠定理论基础。
 
1 研究方法
1.1 研究工具
研究工具为可视化应用软件Citespace,利用知识图谱方法对文献进行量化梳理等。知识图谱分析可以直观得分析文献得量化数据,而利用可视化软件对文献数据进行表征时,可为研究人员提供高效得数据分析结果,从而为未来研究提供一定数据支持。在Cite Space对大数据的热点,前沿以及演进的表征中,主要依据频次(频次高判定为较热主题),度分布(度分布越高证明研究的联结作用越强),主题聚类(具有代表性的知识集群)等进行讨论。
 
1.2 研究对象
研究数据先后通过对WOS核心集数据库和中国知网进行采集,在WOS数据采集中,利用免疫和体育活动相关关键词进行检索,确定使用TS=(immune AND physical activity)复合式搜索,可以最大程度涵盖运动健康免疫相关问题研究。由于1991年以前发文量仅一篇,因此选取1991-2020年期间的相关文献,最后确定1542篇文献,作为国外研究的数据集。在对中国知网(CNKI)数据库中的核心期刊数据收集,以免疫和运动为主题词进行检索,共计检索文献1394篇,然后通过筛选掉与免疫和体育活动不相关问题的文献,最后确定共计1258篇进行国内研究数据集。
 
1.3 研究内容
首先利用Cite Space软件分别建立高频国家(country)、作者(author)、机构(institution)项目,得出该类研究总体趋势;其次,对热点词(co-words)的来源、发展和现状进行分析,根据文章中关键词出现的频率,可以发现运动促进机体免疫的研究热点和新兴趋势。最后,对运动促进机体免疫研究领域的知识集群(cited-reference)进行分类,识别该领域知识图谱中的主要集群。
 
2 结果与分析
 
图一高频研究国家发文趋势图(a.年度发文增长趋势;b.高频研究国家发文量;c.国际合作网络;d.突发性国家时间轴)
运动影响免疫力研究自1991年文献数量3篇至2019年151篇,增长幅度较大。2012以后该领域研究发展较快,此阶段发文数量最高为2017年127篇,国内该领域的研究自1992年文献数量13篇至2019年53篇,发文量最高为2007年75篇。图一为国内外近十年发文量及国外总发文量数据。
 
国外1991年至2020年发表了1543篇相关文章,发文量最高的5个国家发文总数是总发文量的47.2%,依次是美国(565),其次是德国(156)、英格兰(120)、巴西(101)、加拿大(143)等以欧美为中心的国家。国内在1992年至2020年间发表相关文献1258篇。在国际合作网络图谱中,高频国家之间都有较明显的合作关系。与美国联结比较显著的是加拿大、意大利等,与英国合作较紧密的有:巴西、澳大利亚,与德国合作较紧密的有:西班牙,具有突发性的国家为美国(10.42),突发时间1992年;加拿大(13.61),突发时间1992年;意大利(4.12),突发时间1992年;以上3个具有突发性的国家,除美国外,在该领域都不具有较高的研究成果和度分布,但其在某一时间段具有突发性,说明在该阶段的相关研究受国际关注度较高。
 
2.2 国内外运动影响机体免疫研究的核心作者、机构合作网络及其引用量
在本研究中,国外研究频次较高的作者在体育促进机体免疫相关研究的关注度较高,研究历时较长,这类作者不同时期的研究某种程度上反映了该领域研究的演变进程。可视化数据显示:研究频次高且度分布高的作者有:Nieman DC(64);Woods JA(67);Kohut ML(89),研究频次较低但度分布较高的作者是Mctieman A(95);Lee IM(76),研究频次与度分布较高的作者在此领域的研究中有较重要的联结作用,研究频次低,但度分布却较高的作者所涉及的相关研究是有重要的联结作用。对核心作者的引文频次进行了分析,有较高被引频次的作者为:Nieman DC(419)、Pedersen BK(373)、Gleeson M(253)、Shephard RJ(194)、Woods JA(183)等。
 
图二核心作者、机构合作及其引用网络图(a.国外核心作者引文网络;b.国内核心作者发文量;c.国外核心机构合作网络;d.国内核心机构合作网络) 
国内研究可视化数据显示:研究频次高且度分布较高的作者有:陈佩杰(44,14)、郝选明(31,14),其研究在该领域较具有代表性。研究频次较低但突发性最高的作者是曹宝山(19,9.47),说明其所涉及的相关研究在某时段较热;研究频次较低但度分布较高的苏利强(9,9)、赵广高(9,9),其研究在该领域有一定的联结作用。同时数据结果显示,相关领域研究频次较高但度分布很低的作者任宏(40,4),研究可能更倾向于医学领域,在体育学领域的联系性较低。
 
Nieman DC、Pedersen BK在国外研究中体育促进机体免疫研究领域的度分布、研究频次及被引频次都占据较高位置,而国内研究中陈佩杰、郝选明在体育促进机体免疫研究领域的度分布、研究频次及被引频次都占据较高位置,因此可以认为他们在国内外此领域中有重要地位。
 
国外机构相关研究成果最多的伊利诺伊大学(University of Illinois,32),其次是哥本哈根大学(University of Copenhagen,26),以及明圣保罗大学(university of sao paulo,26)。年度分布排名较高的哈佛大学(Harvard University,25)、佛雷德·哈钦森癌症研究中心(Fred Hutchinson Cancer Research Center,22)、纽卡斯尔大学(The NCAR Command Language,20)、加州大学旧金山分校(University of California-San Francisco)。在研究频次最高的10所大学中,6所位于美国,另外4所分别位于英国、丹麦、菲律宾和加拿大。国内机构相关研究集中在北京体育大学,但不具有高度的分布,证明相关研究的联结作用不明显;其次上海体育学院运动科学学院,度分布为12,其中心联结显著。通过图谱可视化分析,与度分布最高的上海体育学院联结较强的机构是:上海体育科学研究所。综上结果证明国外在该领域具有较重要地位的机构为哥本哈根、哈佛大学以及佛雷德·哈钦森癌症研究中心。我国上海体育学院运动科学学院在该领域占据重要地位。
 
2.3 国内外运动影响免疫研究前沿热点
聚类分析是根据科技文献间的相似性将科技文献对象划分成组的过程。因此,科技文献聚类是在不需要预先定义类别信息的情况下,也能提取出少量的具有价值的簇。图中横坐标不同颜色代表不同时区的被引文量,横坐标颜色越浅证明该类主题聚类为前沿聚类。
 
图三共被引文献时区图 
运动影响免疫的生物学机制讨论依据可视化共被引文献聚类:exercise-dependentregulation(依靠运动调节)、antiinflammatory action (抗炎)、natural killer cell (自然杀伤细胞)、post-traumatic stress disorder (创伤后应激障碍)、major depressive disorder(严重抑郁症);热点关键词:immune response(免疫应答)、cancer(癌症)]、stress(压力)数据等,在共被引文献的聚类中找到相应链接文献进行再分类与综述。
 
从时间轴中可以看出:关于#0依靠运动调节(exercisedependent regulation,2004-2018)、#2抗炎(anti-inflammatory,1996-2010)#3心血管疾病的风险(cardiovascular disease risk,2001-2016)#4肠道微生物群(gut microbiota,2004-2018)、#5自然杀伤细胞(natural killer cells,1995-2015)、#6身体活动(physical activity,2001-2016)、#10能量平衡(energy balance,1996-2014)、#23创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,2014-2016)、#32严重抑郁症(major depressive disorder,2006-2014)的主题聚类中是近十年较关注的话题。
 
同时,研究热点出现频次较高的词:发炎(inflammation,233)、免疫系统(immune system,209),发炎与免疫系统的共现频次和度分布比较高,说明其是该领域探讨的主要内容;度分布较高的是年龄(age,87)、细胞因子(cytokine,74),现状的研究频次相对不高,但度分布却最高,表面其在运动促进机体免疫研究中有着较重要的联结作用;突发性高的关键词为自然杀伤细胞(natural killer cell)、感染(infection),频率较低,表明在某一段时间它涉及的研究主题很受关注。
 
国内运动影响免疫研究热点度分布较高的主题词集中在2016年以后,研究热点词共现频次与度分布较高的为:大鼠(104,128)、免疫功能(101,70)、免疫组织化学(61,62);共现频次较低但度分布较高的为:细胞凋亡(24,39)、T淋巴细胞(25,31)、细胞因子(26,33)说明这些关键词在该领域有较强的联结作用。国内外该领域研究热点较相似的有炎症与免疫球蛋白,数据结果表明国内多应用有氧运动讨论运动与免疫的关系,而国外的前沿研究集中在运动影响免疫在预防癌症与抗癌的研究中。
 
2.4 突发性被引文献
文献的突发性被引说明其在这期间的研究领域中出现了有一定影响力的背景事件,从而某种程度上激发了研究问题的聚焦,在运动促进机体免疫的研究中,突发性文献主要讨论运动对免疫力的机制作用。研究如同时具备较高的突发性与度分布,说明该文献在该领域具有较高的参考价值。
 
表2 高突发性被引文献(突发性在10以上)
3 讨论
结合热点词与共被引文献的知识聚类,运动促进机体免疫的研究热点主要集中讨论运动促进机体免疫的生理健康:运动对慢性疾病的调节作用可能来自于身体活动对自然杀伤细胞的影响,同时,也可能由于身体活动对抗炎细胞的影响;另外免疫应答、能量平衡以及癌症等也是运动促进机体生理健康方面的研究热点。其次,运动促进心理健康的研究热点可以归纳为其对创伤后应激障碍,重度抑郁症等研究。最后,该研究领域对过度运动讨论也较频繁。
 
3.1 运动影响机体免疫促进生理健康的研究演进
进行免疫应答是一项耗费新陈代谢的过程,在能量不足的情况下不能很好地进行,而能量过剩(例如,肥胖或患有代谢综合征的人)也会损害免疫反应并诱发慢性炎症。因脂肪细胞在适应饥饿、运动和对抗病原体的免疫系统中发挥作用。持续的正能量平衡导致脂肪细胞过度积累,在腹部引起慢性炎症。Heber(2010)认为,以植物为主的饮食,以及增加身体活动和社会支持相结合,对平衡免疫系统较有效[51]。通常研究通过对不同人群的身体活动干预实验来论证运动如何改善免疫系统,进而对癌症的预防及治疗产生一定的作用。例如,对超重及有久坐行为的绝经后妇女进行中度有氧运动(45分钟/天,5天/周,)干预,干预时间为1年,干预后血清雌激素,睾丸激素和胰岛素减少;而另一项针对中老年人的对照试验中,研究发现,对60岁男性进行1年的运动干预(60分钟/天,6天/周),可以减少男性的结肠隐窝细胞增殖。我国研究应用系统性综述也论证了运动与癌症通过免疫系统应答的机制。它可能源于自然杀伤细胞(nature killer cell),其是骨髓产生的重要免疫细胞,Pedersen(1991)解释了运动对NK细胞产生和抑制的机制过程:运动期间,NK细胞活性增加,这些增加是由于聚集了具有高IL-2应答能力的NK细胞,而运动后NK活性降低是由于单核细胞浓度升高释放的前列腺素的下调。在高强度,中度和轻度运动期间,NK细胞活性增加,但在高强度运动后NK细胞功能会被抑制,而在中度或轻度运动后则没有。汪苗(2015)通过对6篇文献的元分析表明,小强度有规律的运动可以提高癌症患者NK细胞活性,增强患者免疫功能。也可通过改善炎性因子水平:戚光(2018)体育锻炼有可能成为癌症辅助治疗疗法,长时间适当运动可减少C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)、TNF-α、IL-6和其他炎性因子水平;有规律的中等强度运动锻炼还能改善机体免疫功能。运动可以显著增加IL-6和IL-10,对抗炎症有一定作用。因反复运动的健康适应是抗炎和合成代谢,其包括增加肌肉质量、血管和动脉生成、增加骨骼强度和形成新的线粒体。分解代谢和合成代谢因素之间的平衡是影响儿童的健康和成长的特定方式。如儿童哮喘和关节炎。而运动在改善细胞内环境平衡的严重紊乱时,包括严重的代谢性酸中毒、组织和线粒体内氧和底物流量的显著改变,其涉及循环细胞因子和白细胞水平的增加,这些细胞通常与分解代谢有关,而不是合成代谢。最近证明了高强度耐力训练对肺功能、肌力、疲劳、呼吸困难、健康相关损害和肺免疫细胞的影响。Aengevaeren and Eijsvogels (2020)认为,对于新诊断的结节病患者,高强度的阻力训练和常规强度的吸气肌训练可以在没有不良事件的情况下改善肌肉力量,这是一种无创的、有吸引力的改善疲劳、呼吸困难和生活质量的方法,这些结果为更大规模的随机试验提供了基础。
 
3.2 运动影响机体免疫促进精神健康研究热点
运动对炎症的抑制作用也可在一定程度上改善心理疾病,Bower和Irwin(2016)论述了心身疗法对炎症的生物学机制,心身疗法是强调大脑与身体结合使用以协助治愈过程的疗法,如太极拳,气功,瑜伽和冥想,这类运动对免疫产生作用通常利用正念、呼吸和身体活动,这些成分联结运动与炎症最近端表现在,自主神经系统(ANS)和下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴的改变可能在构建与干预相关的炎症活动变化中起重要作用。这些系统是炎症基因表达的关键调节因子是身心干预的目标。我国研究同样讨论了如太极拳等传统运动项目与免疫系统的联系。梁利苹(2018)应用心理测验与生理指标相结合,通过调查155名实验组(2年以上传统保健运动时常)与30名对照组(无规律运动行为)老年人,得出结论,无论在心理健康水平还是免疫系统指标上,实验组对象均高于对照组。可以看出我国得传统体育项目在影响免疫改善心理健康水平中发挥了重要作用,而不同项目锻炼群体的中老年人心理指标存在差异,如步行、慢跑对控制抑郁情绪作用明显;太极拳、太极剑能有效控制激动和愤怒情绪;健身气功易筋经有愉悦身心之功效。运动可以调节抑郁和淋巴细胞增值的关系,但是身体活动影响不同年龄免疫系统对抑郁症的作用也许存在差异,Miller,Cohen和Herbert(2014)通过实验证明,运动之后的老年抑郁症患者的自然杀伤细胞活性降低,而年轻抑郁症患者的自然杀伤细胞活性增强。Szymura,Kubica,Wiecek(2000)对健康的老年人和帕金森病(PD)患者定期进行适度强度平衡训练,在训练组和对照组中均未观察到运动对IL-6、胰岛素样生长因子1(IGF-1)和OD200浓度的影响,但是研究发现肿瘤坏死因子显著降低。因此,运动训练的抗炎和神经保护作用在调节疾病过程中可能很重要,但身体活动可能通过的机制成为预防慢性神经系统疾病发展的保护剂仍在等待被确定。
 
3.3 过度运动影响机体免疫的生理学研究热点
过度运动是否会降低免疫系统对机体的保护作用。虽然急性运动可以提高防御能力和代谢健康,但是在强化训练和比赛期间运动员患病的风险增加。过度运动易引发上呼吸道感染,其机制为剧烈运动过程中持续的组织创伤产生细胞因子,驱动TH2细胞液在H2细胞反应导致同时抑制CMI,使运动员容易感染。另外,循环应激激素(皮质醇和儿茶酚胺)以及前列腺素E2水平的升高,也支持TH2淋巴细胞的上调。对于过度运动对淋巴细胞的影响中,(2019)建立强化训练监测其对大鼠淋巴组织(血液、胸腺和脾脏)的影响,在血液中,只有TE组改变了淋巴细胞的比例,衰竭后成熟胸腺细胞比例下降。训练时间越长,脾脏NK和NKT细胞的比例越低。在这些大鼠中,T组淋巴增殖活性降低,但在最后一次衰竭后立即增强。细胞因子的分泌在较长时间的训练后(T组)得到改善,IFN和IL-10的分泌减少,IL-6的分泌增加。研究指出5周的强化训练改变了淋巴细胞在原发和继发淋巴组织中的分布,改变了其功能。一些报告也指出,与身体活动不太积极的对照组相比,运动员冠状动脉钙化和动脉粥样硬化斑块的患病率更高,其机制尚不明确。可以通过良性的斑块形态和有益的运动诱发的冠状动脉适应来观察到。因而未来的纵向研究需要更多地揭示运动员的冠状动脉粥样硬化的潜在机制以及临床相关性。同样,剧烈的体育锻炼可以引起Ig G N-糖基化的抗炎变化,免疫球蛋白G(Ig G)和总血浆蛋白的N-糖基化反应以前被证明可以反映炎症通路的变化,Tijard'ovic等(2019)将29名男运动员分为治疗组和对照组进行为期6周的干预,研究结果表明血浆蛋白N-聚糖变化不明显,而传统炎症标志物也未显示炎症状态的显著变化。观察结果表明,剧烈的体育锻炼有可能降低全身基础炎症水平,Ig G N-糖基化也有可能成为一种敏感的纵向全身炎症标志物。
 
4 结论
运动对机体免疫系统的相关研究由欧美发达国家主导,国外具有较重要地位的机构为哥本哈根、哈佛大学以及佛雷德·哈钦森癌症研究中心,我国上海体育学院运动科学学院在该领域占据重要地位。Nieman DC及Pedersen BK的研究团队研究成果具有较高的代表性。国内学者陈佩杰、郝选明在运动促进机体免疫的研究中有较重要地位。
 
在运动与机体免疫系统关系的讨论中,国外研究倾向于应用精确的干预实验测试不同训练强度对改善不同人群免疫力在疾病预防与治疗中的作用,并提供了大量的证据;我国的在该领域较前沿的干预研究通常利用大鼠为实验对象,以及进行系统性的分析。
 
近年来。该领域较前沿的研究主题集中在运动干预的调节免疫系统平衡改善癌症症状及促炎与抗炎细胞因子的作用,以及通过如太极拳,瑜伽等运动调节免疫系统对心理疾病的影响。未来我国研究可以考虑通过运动干预研究讨论提升人体免疫力,发展传统体育提升免疫力的机制作用,考虑体医融合的途径改善人的身心健康。
 
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