基于知识图谱的国外高原训练研究前沿与热点分析

夏培玲,王 璟

基于知识图谱的国外高原训练研究前沿与热点分析

夏培玲1,王 璟2

由于高海拔地区氧分压的下降,氧气由肺泡向血液弥散的压力减少,因此,耗氧量和最大耗氧量都降低,这将导致血氧含量和血氧饱和度的下降,造成组织供氧不足,机体将通过一系列的适应性变化来应对低氧应激[8]。高原训练(Altitude training)正是利用高原缺氧和运动双重刺激,调动体内的机能潜力,产生抗缺氧生理反应,进而提高有氧运动能力的训练方法[3]。低氧训练一般则被界定为利用人工低氧环境进行的辅助性训练方法。

半个多世纪的研究与实践证明了高原训练对机体 Epo的分泌、红细胞数量及血红蛋白、肌红蛋白水平、˙VO2max等生理生化指标有较大的影响[12]。同时,高原训练的相关系列研究还从方法学上提出了模拟高原环境的“低氧训练”,如“living high-training low(高住低练)”、“living lowtraining high(低住高练)”、“intermittent hypoxia training(间歇性低氧训练)”等方法[9]。笔者曾经通过“Cnki(中国知网)”,以“高原训练”或“低氧训练”为主题,时间为 2005—2010年进行检索,共检索出相关文献索引记录770余条,说明中国学者对高原训练研究关注程度很高。当前,国外高原训练研究现状具有怎样的特征趋势?研究前沿以及研究热点是什么?面对海量的科技情报文献,只有有效把握关键文献,才能进入相关研究领域前沿。本研究试图通过对Web of Science所收录的高原(或低氧)训练相关研究文献索引资料采用科学计量分析的方法,力求探索现阶段国外高原训练研究热点和发展脉络。

作者单位:1.大连理工大学体教部,辽宁大连116024;2.东北财经大学体育部,辽宁大连116023

文献计量分析简而言之就是基于文献索引进行科学量化分析的方法。当前,一种有效获取知识、发现知识和探测知识前沿的新领域与新手段的文献计量分析方法——以知识单元为分析基础的知识图谱和知识可视化方法,正在蓬勃兴起[6]。可视化技术将抽象的符号表示成具体的几何关系,使研究者能亲眼看见他们所模拟和计算的结果,它丰富了科学发展的进程,增强了人们的洞察力。知识图谱是以知识为对象,以引文分析方法和信息可视化技术为基础,显示科学知识结构关系与演进规律的一种图形[1]。知识信息的可视化,使我们能够较为直观地识别学科前沿的演进路径及学科领域的经典基础文献。

1 原始数据来源与研究方法

本研究以 Web of Science(包括 SCI-E、SSCI、A&HCI)科学引文索引数据库中人体运动科学领域内2005—2010年关于高原训练(altitude training)或低氧训练(hypoxic training)研究文献索引为对象,应用文献计量分析方法,运用CiteSpace等可视化技术对当前国外高原训练研究力量分布与研究现状进行定量分析。进入Web of Science检索页面,检索主题词为“ts(主题)=(altitude training or hypoxic training)and语言=(English)and文献类型=(Article)数据库 =SCI-E、SSCI、A&HCI,入库时间 =2005 —2010 年”,共检索出相关索引文献254篇,检索日期2010年12月19日。

科学知识图谱分析方法属于科学计量学范畴,主要包括:引文分析、共被引分析、因子分析、词频分析等。

1.关键词是论文内容的缩影、作者学术思想与学术观点的凝炼。当两个关键词同时出现在一篇文献中时,就称这两个关键词存在共现关系(Co-occurrence)。关键词共现分析是一种基于文献内容的分析方法,通过对文献中出现的关键词进行两两统计,计算出任意两个关键词共同出现的频次,构成关键词同现矩阵,进而对这些关键词进行聚类分析[5]。关键词共现频次越多,表示它们研究的主题越接近,它们之间的关系就越密切,反映在知识图谱上则是它们之间的距离越接近,从而可以揭示某一领域学术研究现状、发展过程以及研究热点趋势等[2]。

2.引文分析(Citation Analysis)是利用数学、统计学方法以及逻辑分析方法,对科学文献的引用与被引用现象进行分析,以揭示其数量特征和内在规律[7]。共被引(Co-citation)是指两篇或两篇以上的文献同时被别的文献引用。共被引分析则以具有一定学科代表性的文献为分析对象,把分析对象间复杂的共引网状关系简化并直观地表示出来,进而分析研究对象所代表的学科领域的结构和特点[10],用以分析和揭示研究前沿及其知识基础等。

3.本研究所使用的分析软件CiteSpace是美国费城德雷赛尔大学陈超美教授开发的基于Java平台的可视化应用软件,采用的是一种适于多元、分时、动态的复杂网络分析的新一代信息可视化技术。软件功能主要包括关键词共现分析、机构合作分析、文献共被引分析等。借助科学文献索引数据,通过合理设置阈值,绘制较直观和易理解的知识图谱,用于探测和分析学科研究前沿的变化趋势以及研究前沿与其知识基础之间相互关系[14]。

2 结果与分析

2.1 国外高原训练主要研究力量国家分布

阈值项选择“top 30 percent slice”,节点类型(node types)选择county(国家),运行软件绘制出现阶段国外高原训练主要研究力量的国家分布表(表1)。经济发达国家(地区)拥有国外高原训练主要研究力量,美国文献数量比例20.23%,排名第 1,法国 15.27%,排名第 2;中国(Peoples R China)排名第15,中国台湾(Taiwan)排名第16。英文写作及其表达能力可能是制约中国学者在 SCI发文数量的主要因素之一,目前,国内能够用英文准确表述自己研究成果的学者相对较少。

表1 国外高原训练主要研究力量国家分布一览表(文献数量≥10,2005—2010年)

通过对研究机构(Institution)进行筛选分析,可以看出大学是高原训练研究的主力军,约占总研究成果的64.95%。其中,巴黎第 13大学(Univ Paris 13)发文量 14篇、澳大利亚弗林德斯大学(Flinders University of South Australia)发文量6篇、德国拜罗伊特大学(Univ Bayreuth)发文量5篇、瑞士伯尔尼大学(Univ Bern)、洛桑大学(Univ Lausanne)发文量4篇。北京体育大学(Beijing Sport University)发文量3篇。北京体育大学张缨、胡杨等以足球运动员为实验研究对象,研究低氧训练是否影响红细胞对 T淋巴细胞免疫能力的调控,研究结论显示,由于运动与低氧的双重刺激可能影响红细胞对 T淋巴细胞免疫能力的调控,灵芝在一定程度上改善低氧训练红细胞调控 T淋巴细胞免疫能力[25,26]。相关研究论文“Effects of a 28-day‘Living high-training low’on T-lymphocyte subsets in soccer players”和“Effect of ganoderma lucidum capsules on T-lymphocyte subsets in football players on‘living high-traininglow’”分别于 2007年、2008年发表在《International Journal of Sports Medicine》(《国际运动医学杂志》)和《British Journal of Sports Medicine》(《英国运动医学杂志》)。

澳大利亚体育研究所(Australian Inst Sport)是国际高原训练研究领域较有影响力的专业体育研究机构之一。学者 G ore CJ等在“Nonhematological mechanisms of improved sea-level performance after hypoxic exposure”一文中指出 ,高原训练导致红血球数量、最大摄氧量和有氧代谢能力的提升,细胞线粒体的增加、骨骼肌耐酸能力的提高等[16]。根据Web of Science统计显示,该论文施引文献19篇,在高原训练研究领域具有较大的影响力。

2.2 国外高原训练研究文献关键词共现分析

阈值项选择“threshold Interpolation(阈值插值)”,阈值分别设定为(3,2,0.10),分析类型(node types)选择关键词(keyword),通过最小生成树精简算法(minimum spanning tree),软件最后选择出66个关键词节点(nodes)以及149条关键词间连线(links)构成关键词共现可视化知识图谱(图1)和出现频次(Freq)大于 20的热点关键词列表(表2)。

图1 国外高原训练研究关键词共现可视化图谱(2005—2010年)

图1中出现频次越多的关键词字体越大,紫色圆圈的关键词其中心度均相对比较高,例如,关键词moderate altitude(中等海拔高原)具有很高的中心度1.29,较高的中心度反映出这些关键词是词共现图谱中重要的节点,它们往往连接不同聚类群,映射出相关研究领域的研究前沿。点的中心度是指其所在网络中通过该点的任意最短路径的条数,是网络中节点在整体网络中所起连接作用大小的度量。中心度大的节点相对容易成为网络中的关键节点,也最有可能形成科学研究前沿热点[4]。

高原训练的主要目的是提高红细胞数量和血红蛋白容量,从而增强血液载氧能力、提高最大耗氧量(˙VO2max),最终改善运动能力,但是,高原训练也可能会引起一些负面效应,因而,选择适宜的海拔高度对训练至关重要。芬兰学者Rusko HK在其“高原与耐力训练”一文中指出,单纯的 HiHi并不具有积极的意义,海拔高度低于2 000 m并且小于3周的高原训练,并不能有效地增加运动员血红蛋白数量。而模拟高度在2 100～2 500 m,训练时间不小于3周的 HiLo可以得到较好的高原训练效果[21]。澳大利亚学者Saunders PU撰文指出,中等海拔高原(2 000～3 000 m)训练由于对提高身体机能以及竞技能力有良好的意义而倍受关注。在模拟海拔高度大于2 000 m以及训练时间大于3周的低氧训练初期,机体会出现肺通气量、˙VO2max下降,经过数周练习后,机体内红细胞数量增加。研究证明,中等海拔高度的高原训练意味着运动员可以保持充足的练习时间以及理想的练习强度[22]。Saunders还认为,适度延长中等高原训练时间能有效增加优秀运动员的血红蛋白并提高跑步效率[23]。

表2 国外高原训练研究领域热点关键词一览表(2005—2010年,频次≥20)

1991年,美国学者Levine BD提出了“高住低练”(living high-training low)方法,让运动员居住在海拔较高的高原,以得到低氧的刺激,而训练则在海拔较低的地方进行,使其能够以接近平原的大强度进行训练,解决了传统高原训练中存在的主要问题[11]。如今,高住低练(living high-training low,HiLo,频次32,中心度 0.69)方法以及在此基础之上创新的间歇性低氧训练(intermittent hypoxia training,IHT,频次21,中心度0.69)方法已经成为国际高原训练研究领域重点研究内容之一。

澳大利亚学者Clark SA模拟海拔3 000 m高原对12名优秀自行车运动员进行了为期3周的 HiLo训练,对比HiLo前后血红蛋白的量的变化,结果显示,在经过3周HiLo训练之后,血红蛋白的量增加 3.3%[15]。Robertson对16名最大耗氧量水平在64.6～73.1 mL/kg/min的高水平中长跑运动员随机分组进行为期3周 HiLo(3 000 m)和低海拔(600 m)对比训练,HiLo组比低海拔组˙VO2max平均提高 2.1%,血红蛋白数量(Hb mass)平均提高2.8%[20]。显然,适宜的低氧刺激能促使促红细胞生成素升高,红细胞数量和血红蛋白含量增多,从而提高血液摄氧运氧能力,有助于提高运动员˙VO2max。

将软件阈值设定为(4,2,0.13),选择“burst terms”探测突现词。表3所列为频次≥10以上的突现词,突现词在一定程度上反映相关学科领域现阶段重点关注的热点。可以看到,maximal oxygen uptake(最大摄氧量)、hemoglobin concentration(血红蛋白浓度)等突现关键词均具有很高的中心度,明确显示出国外高原训练研究近年重点关注的仍然是运动员生理机能状况。说明只有通过合理有效的高原训练,提高运动员机体血红蛋白浓度,提高机体携氧能力,才有可能最终达到提高运动员有氧耐力水平。

表3 国外高原训练研究突现热词一览表(2005—2010年,频次≥20)

2.3 国外高原训练研究文献引文共引分析

在引文共被引分析中,阈值项选择“threshold interpolation”,阈值选择(4,2,0.13),节点类型(node types)选择文献共被引(cited reference),通过最小生成树精简算法(minimum spanning tree),运行软件最后选择出111个共被引节点(nodes)以及193条连线(links)绘制出国外高原训练研究文献引文共被引网络图谱(图2),同时,绘制出高被引(频次 ≥30)文献列表(表4)。

图2 国外高原训练研究引文共被引网络图谱(2005—2010年)

被引频次超过30次的被引文献如表4所示,平均被引频次达到31.25次/篇,而网络中所有引文节点被引频次是15.1%,反映出现阶段高原训练研究主题相对是比较集中的。这些高被引文献是高原训练研究领域知识基础所在,同时,也是推动国际高原训练研究的主要动力之一。

为检验“高住低训”对运动成绩的影响作用,Levine BD对39名优秀运动员进行高原与平原训练对比实验研究。首先进行2周的适应训练和4周的低海拔训练,然后,再随机分成“高住(2 500 m)低练(1 250 m)”、“高住高练(2 500 m)”和“低住低练(150 m)”3组进行4周的训练,实验结果显示,两个高原训练组的运动员最大耗氧量平均增长5%,红细胞数量平均增加9%,特别是4周 HiLo训练有效提高了运动员在平原地区5 000 m跑成绩,平均提高13.4 s[19]。实验报告“‘Living high training low’:effect of derate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance”1997 年发 表 在《Journal of Applied Physiology》(《应用生理学杂志》),对其后的高原训练研究产生较大影响,施引文献超过50篇。

表4 国外高原训练研究领域高被引文献一览表(被引频次Freq≥30)

红细胞中含有血红蛋白,是机体血液循环过程中运送氧气的最主要的媒介。促红细胞生成素(Epo)是对红细胞的生成有增强作用的一种活性糖基化蛋白质激素,Epo的产生由机体组织的氧合状态调节,约有90%的Epo由肾小管旁间质细胞合成分泌[13]。研究表明,当供氧不足造成机体氧分压下降,相应肾小管旁间质细胞周围的氧分压下降导致胞浆氧化还原状态改变,产生 Epo的管周细胞参与Epo的合成,最终造成 Epo合成增加[18]。挪威学者 Stary-Gundersen J为进一步证明“高住低练”有助于提高优秀运动员在平原的耐力成绩,对22名优秀运动员(14男,8女)进行为期27天的高住(模拟海拔2 500 m)和大强度低练(海拔1 250 m)实验研究结果显示,1/3的运动员经过高原集训之后提高了在平原地区3 000 m计时赛跑个人最好成绩,平均提高达到1.1%;最大耗氧量水平平均提高3%,由72.1 ml/kg/min提高到 74.4 ml/kg/min;促红细胞生成素平均由8.5 IU/ml增加到16.2 IU/ml,增加幅度接近一倍;可溶性转铁蛋白受体明显提高;血红蛋白数量平均由13.3 g提高到14.3 g。研究认为,4周中等海拔高度的“高住低练(大强度)”可以有效提高优秀耐力运动员在平原的比赛成绩[24]。该研究论文“‘Living high-training low’altitude training improves sea level performance in male and female elite runners”2001年发表在《Jouranal of Applied Physiology》(《应用生理学杂志》),Web of Science统计显示该文施引文献达到103篇,可见其影响巨大,是高原训练研究重要的参考文献。美国学者 Heinicke K在其“A threeweek traditional altitude training increases hemoglobin mass and red cell volume in elite biathlon athletes”实验研究中则进一步证实优秀耐力跑运动员经过3周高原训练之后,Epo平均由11.8 IU/ml增长至20.8 IU/ml[17]。

3 小结

高原训练是人体运动科学研究领域内很重要的分支,是运动训练学重要组成部分。本研究以Web of Science高原训练相关文献索引为研究对象,重点分析现阶段国外高原训练研究现状。通过分析看到,近几年国外高原训练研究力量主要集中在美欧等发达国家,中国高原训练研究显示出一定的实力,是国际高原训练研究不可忽视的重要力量。国外高原训练研究前沿热点仍然主要集中在运动员生理、生化指标(如最大耗氧量、血红蛋白、促红细胞生成素等)的探索研究,特别是不同高原训练模式(HiLo、HiHi-Lo、IHT)的生理生化指标的比对研究,力求探索最合理、有效的高原训练方法。众多学者通过研究发现,中等海拔高度的高原(2 000～2 500 m)以及不小于3周的“高住低练(HiLo)”方法其效果要优于传统高原训练(HiHi)方法。通过分析看到,Levine BD、Stray-Gundersen J、Saunders PU等著名学者在高原训练研究领域具有较高的知名度,同时,也是现阶段高原训练研究领域的重要领军人物,他们的研究成果构成了高原训练研究领域重要的知识基础,并成为备受关注的主要参考文献群。

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Analysis on Research Frontier and Hotspot about Abroad Altitude Training Based on Mapping Knowledge

XIA Pei-ling1,WANG Jing2

高原训练是人体运动科学研究领域内很重要的分支,是运动训练学重要组成部分。通过对Web of Science所收录的2005—2010年高原(或低氧)训练相关研究文献索引资料进行科学计量分析,发现近几年国外高原训练研究前沿与热点。分析表明,现阶段国外高原训练研究力量主要集中在美欧等发达国家。研究前沿热点主要集中在运动员生理生化指标以及高原训练模式的探索研究,如最大耗氧量、血红蛋白、促红细胞生成素、高住低练等。众多学者研究发现,中等海拔高原(2 000～2 500 m)以及不小于3周的“高住低练(HiLo)”方法其效果要优于传统高原训练(HiHi)方法。Levine BD、Stary-Gundersen J、Saunders PU等著名学者在高原训练研究领域具有较高的知名度,同时,也是高原训练研究的重要领军人物,其研究成果构成了高原训练研究领域的重要知识基础,并成为备受关注的主要参考文献群。

高原训练;关键词分析;文献共被引;Citespace

tract:Altitude training is the most important part in the field of study on human sports science and is the integral part of sports training.This paper aims to find out the frontier and hotspot about abroad altitude training based on statistical analysis of the reference on the altitude training between 2005 and 2010 from Web of Science.The result shows that the research on altitude training is mainly in developed countries focusing on athletes’physiological and biochemical indicators and training mode of altitude training such as˙VO2max,Hb,Epo,and HiLo.It is widely accepted that medium sea-level(2 000—2 500 m)altitude training with less than 3 weeks HiLo is superior to traditional HiHi.Researchers like Levine.BD,Stary-Gundersen.J,Saunders.PU enjoy high reputations in this field and are the influential figures in the study of altitude training.

altitude training;keywords analysis;citation analysis;citespace

G804.7

A

1000-677X(2011)04-0075-06

2011-01-27;

2011-03-15

夏培玲(1963-),女,辽宁大连人,副教授,研究方向为体育教学与运动训练,Tel:(0411)84708580,E-mail:xiapl@dlut.edu.cn;王璟(1957-),男 ,山西太原人 ,副教授 ,研究方向为运动训练,Tel:(0411)84710516,E-mail:wk_dl@foxmail.com。

1.Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Dongbei University of Finance Economic,Dalian 116023,China.