营养与运动交互作用促进儿童健康成长

方莹++高孝品++张义宾++秦金亮

【摘要】本研究基于运动营养学视角，分析了营养与运动交互作用促进儿童健康成长的三种主要作用机制：葡萄糖转化机制、维生素合成机制以及后天神经网形成机制。据此，研究者提出了三种促进策略：基于个体代谢特征，关注幼儿营养餐的个性化配置；注重营养与运动交互作用，平衡膳食、合理运动；建立运动与营养动态平衡的监控系统。

【关键词】营养；运动；儿童；发展；交互作用

【中图分类号】G612 【文献标识码】A 【文章编号】1004-4604（2017）05-0007-05

儿童的健康成长离不开充足的营养与运动。营養为儿童成长提供了充足的能量以及必需的营养素。运动是儿童的存在方式，在儿童成长中也是必不可少的。传统观念认为营养与运动促进儿童健康成长的机制（如下图①②所示）直观表现为，营养为儿童成长提供足够的能量及必需的营养素，运动则通过促进大脑回路、骨骼以及情绪情感的发展等促进儿童成长。然而，营养与运动促进儿童健康成长的机制不仅是两者与儿童健康成长的单向促进作用，还有营养与运动间的循环交互作用。随着当代儿童研究跨学科、多整合时代的到来，对这一机制的探索逐渐扩展到其他领域，例如医学、运动心理学、脑科学等。近年来，运动营养学的发展为促进儿童健康成长的研究提供了新的视角。

一、运动营养学

我国著名运动营养学家陈吉棣教授认为，“运动营养学是研究运动员在不同的训练或比赛情况下的营养需要、营养因素和机体机能、运动能力、体力适应和恢复以及与运动性疾病防治关系的科学”。〔1〕运动营养学为研究不同活动中儿童的营养需求、运动能力、体力适应和恢复等提供了新视角，凸显了营养与运动交互作用的重要性。一方面，营养与运动的交互作用体现在，营养嵌入运动促进儿童成长。首先，营养为运动提供了能量。运动项目不同，不同身体素质儿童的营养需求以及代谢规律与特点均不同，所消耗的能量也不同。作为三大热源物（蛋白质、脂肪和糖类）之一的蛋白质是生命的物质基础，它不仅是构成机体的基本成分，还是构成具有调节机体生理功能作用的酶和某些激素的成分。脂肪具有保护机体各种组织器官、构成机体某些组织结构的功能， 也是体内能量贮存的主要来源。糖类是运动中主要的能源物质，血糖是调节糖代谢平衡的重要标志。〔2〕其次，营养物质在清除因运动而产生的自由基过程中起着重要作用。虽然有氧运动训练可使人体的血液、肌肉、肝脏等组织器官中自由基和脂质过氧化产物减少，使自由基引起的损伤程度减轻，但单纯依赖运动训练并不能完全抑制自由基的产生，还需要增加抗氧化酶的活性来加快清除自由基。微量元素如硒、锌、铜、锰、铁、镁等，〔3〕是抗氧化酶的构成成分。营养物质如β-胡萝卜素、维生素A、维生素E、维生素C、维生素B2、维生素 B6、尼克酸等，可为抗氧化酶的反应体系提供充足的H+。另一方面，营养与运动交互作用还体现在，运动促进营养的吸收与代谢。首先，运动增加了营养吸收的效率。研究表明，经过长时间运动，抗氧化酶系统和非酶系统会对高强度或低强度运动产生适应，抗氧化酶系统的适应表现为酶活性提高，非酶系统的适应表现为抗氧化剂利用效率和储备能力提高。〔4〕其次，运动促进了营养代谢。有研究表明，运动既可影响锌、铜代谢，又可影响自由基代谢。〔5〕无论是单一运动还是长期运动都可直接影响且有效调节血浆脂质和脂蛋白代谢。〔6〕

总之，运动营养学中营养与运动的交互作用主要体现在，营养能够提供能量及必需的营养素，同时消除体内的自由基，提高抗氧化性，从而促进儿童健康成长；运动则增强营养吸收能力，促进营养代谢（如下图②③所示），从而为大脑及身体运作提供充足的能量，进而促进儿童健康成长。那么，这种交互作用的机制是什么，又是如何产生的呢？

二、营养与运动促进儿童健康成长的作用机制

根据已有研究，在运动营养学视角下，营养与运动交互作用促进儿童健康成长可能存在以下三种作用机制：葡萄糖转化机制（glucose transport），维生素合成机制（vitamin synthesis）以及后天神经网形成机制（postnatal neurogenesis）（Carol L. Cheatham，2014）。

1.葡萄糖转化机制

在儿童运动中，葡萄糖是最主要的供能营养物质。它除了维持正常的血糖浓度之外，还会以肝糖原和肌糖原的形式储存在肝脏和肌肉中。血液中的葡萄糖水平必须维持在一定的数值之间，才能支持机体的运转。能量的缺乏一方面会导致身体疲劳（疲劳是肝糖原存储的减少与血糖浓度的降低所导致的〔7，8〕），另一方面会导致大脑细胞运作效率降低。葡萄糖可为血液运输和大脑运作提供所需的能量。因此，提高大脑中的葡萄糖水平可以提高个体的认知能力，尤其是记忆力。

身体运动加快血液流动速度，增加流向大脑的血液量，〔9〕进而增加大脑对能量的利用率。功能性核磁共振成像技术（fMRI）的研究表明，大脑活动时能量消耗增加，血液流动就会增加，以保证充足的能量供给。〔10〕尽管记忆与血糖之间的关系仍待探究，〔11〕但是营养可为运动提供能量，同时促进血液流动，进而促进营养吸收，这种营养与运动的交互作用已被有关研究证实，且与儿童的认知发展关联非常密切。

2.维生素合成机制

运动营养学的有关研究指出，运动会通过改善肠道菌群（gut microbiota），〔12〕促进维生素的合成，如维生素D的吸收，从而促进儿童发展。研究表明，维生素D与海马区的神经保护作用〔13〕以及5-羟色胺（5-hydroxytryptamine）的管理〔14〕有关。5-羟色胺影响认知能力，〔15〕其不足会引起神经传导异常。另外色氨酸和5-羟色胺还会影响个体的情绪以及人格形成，〔16〕这两者的缺乏，将会导致个体出现情绪低落、攻击性行为增加等一系列问题心理行为。维生素D的缺乏很大程度上受户外运动减少的影响。因为户外运动不仅可为维生素D以及5-羟色胺的合成提供太阳光，更重要的是，它还能通过促进肠道菌群的产生，进而促进维生素的合成，从而影响海马区神经的保护以及脑电控制，进一步影响儿童发展。

3.后天神经网形成机制

有研究表明，葡萄糖能促进陈述性记忆的发展，但对内隐记忆无影响。〔17〕毋庸置疑，身体运动一定影响了记忆系统。以神经科学为基础的后天神经网形成机制理论，对运动影响儿童发展的作用机制提出了新的解读。

陈述性记忆（declarative memory）或者关联性记忆（relational memory），主要受个体大脑中海马区（hippocampus）的影响，〔18〕该区域是神经网形成的区域之一，并伴随个体一生。〔19〕海马区对营养和氧气的缺乏极度敏感。已有动物研究发现，出生后的海马区神经形成与饮食有关。〔20〕另外，海马区的发育依赖各种不同类型的营养物质，如维生素A、皮质类固醇、甲基供体（methyl donors）。维生素A的缺乏、皮质类固醇级联（corticosteroid cascade）的分解会导致成年人海马区神经形成的减少。〔21〕甲基供体（methyl donors）如胆碱（choline），可能决定着后天神经形成的干细胞数量〔22〕以及海马区的结构。首先，在DNA表达、有丝分裂、分化、细胞凋亡中，胆碱代谢将会影响海马区的最初结构和脉管系统（vasculature）的形成。动物实验发现，在母体饮食中没有充足胆碱的老鼠身上，海马区的脉管系统减少了25%，〔23〕换言之，没有足够的母体营养，海马区的血液流动可能会达不到标准水平。因此，在妊娠期间，妇女需要更多的胆碱。〔24〕其次，在神经形成早期，海马区会产生祖细胞池（pool of progenitor cells），祖细胞池将会作用于后天神经形成中的神经元（神经元绝大部分也是来源于海马齿状颗粒下层（subgranular zone of the hippocampus）的祖细胞〔25〕）。这些新的神经元会对突触的形成、神经的可塑性〔26〕产生很大影响，而在此过程中，胆碱的作用是非常关键的。

丰富的神经网的形成对儿童后天的发展有着非常重要的作用。运动能够促进神经网的形成。研究表明，长时间的身体运动可促进神经的形成和突触的修剪〔27〕并增大海马区。总之，在运动过程中，营养对海马区的发育及其后续的功能选择起着很大作用。

三、运动营养学视域下促进儿童健康成长的策略

为通过保教促进儿童成长，运动营养学强调要让营养与运动在促进儿童健康成长中发展积极作用。上述葡萄糖转化机制、维生素合成机制以及后天神经网形成机制均说明营养与运动的交互作用可促进儿童健康成长。作为影响儿童营养摄入的最直接人员，幼儿园教师和家长更应该重视这个问题。据此，研究者提出了三种促进策略。

1.基于个体代谢特征，关注幼儿营养餐的个性化配置

不同个体的营养需要一直是运动营养学的关注点之一。不同个体的代谢特征不同，因此幼儿营养餐的配置需个性化。目前，幼儿园的营养餐主要依据中国营养学会编制的《4～6岁学龄前幼儿营养素参考摄入量》而制定，极少考虑不同幼儿在不同运动中的代谢特征。代谢特征和运动量的差异会引起营养消耗量的不同，因此幼儿园营养餐的配置还要结合幼儿实际的运动量以及不同年龄段幼儿的代谢特征。例如，通过心跳监控仪器、人体感应器甚至同位素标定法、非接触式热量学仪器等监测幼儿的运动消耗情况，然后根据幼儿的运动消耗以及所需营养，科学合理地为幼儿提供个性化营养餐，以达到既保证幼儿的营养充足，又不至于产生营养过剩问题的目的。另外，对个别已经营养过剩或肥胖幼儿应配置特别的营养餐，以使配餐更具针对性。

2.关注营养与运动交互作用，平衡膳食、合理运动

营养与运动的交互作用研究表明，运动中营养吸收与消耗以及营养代谢对运动具有促进作用。饮食是儿童营养的直接来源，因此，首先需要注意平衡膳食。应坚持以植物性食物为主、动物性食物为辅的膳食特点，保证蛋白质和维生素的摄入，少吃高热量低营养食物，〔28〕同时，帮助幼儿养成良好的饮食习惯。幼儿处于具体形象思维阶段，对事物的认知主要依靠实物表象与情景表象，根据这一思维特点，教师可创设情境化营养摄入环境，提高幼儿对营养摄入的主动性、愉悦感与满足感，预防幼儿的挑食、偏食行为产生。其次要注重合理运动。《3～6岁儿童学习与发展指南》指出，每天应为幼儿安排不少于两小时的户外活动，其中体育活动时间不少于1小时。〔29〕但教师应注意个体差异，充分考虑幼儿的性别、兴趣及运动能力，将运动游戏化、情景化，从而促使幼儿在玩中学、在玩中進步。

3.建立运动与营养动态平衡的监控系统

运动营养学强调体能的消耗与恢复是一个持续、动态的变化过程，它提示我们，建立运动与营养动态平衡监控系统非常有必要。这个监控系统包括微观和宏观两个层面。微观层面是家庭和园所的营养监控系统，旨在及时科学有效地了解家庭及园所中儿童营养的摄入情况。宏观层面则是国家营养监控系统。美国早在上个世纪九十年代就建立了较为完善的营养监控系统。该系统下设多个部门，例如儿童营养监测系统（PedNSS）、孕期营养监测系统（PNSS） 等。〔30〕建议我国政府各相关部门共同建立保教结合的营养监控数据库，长期动态跟踪研究儿童的营养变化。我国第一、二期学前教育三年行动计划的顺利结束以及第三期学前教育三年行动计划的进一步推进，证明了加强政府多部门协同合作的重要性。学前教育强调保教结合，其中保育工作涉及卫生部门，各部门可联合幼儿园建立幼儿营养监控系统，创建涉及家庭、幼儿园、社区等多个系统的儿童营养监控体系，以有效监控儿童的生长发育和营养摄入情况，共建儿童运动营养追踪合作共同体。

促进儿童的健康成长是当代儿童研究的焦点问题，在跨学科研究背景下，运动营养学为此提供了全新的研究视角。相信随着人们对儿童营养与运动认识的进一步提高以及相关研究技术的进一步普及，运动营养学一定能够以理论联系教育实践的形式更好地发挥作用，从而真正解决当前儿童的运动与营养问题，进而为儿童的健康成长提供更加切实可行的指导。

参考文献：

〔1〕陈吉棣.运动营养学〔M〕.北京：北京医科大学出版社，2002：3.

〔2〕焦颖.运动营养学：一门飞速发展的新学科〔J〕.北京：北京体育大学学报，1996，19（4）：43-48.

〔3〕〔4〕吕晓平.运动营养学〔M〕.成都：四川大学出版社，2005：284-285.

〔5〕曾国华，陈吉棣.运动与锌、铜营养及自由基生物学的研究进展〔J〕.中国运动医学杂志，1991，10（1）：40-48.

〔6〕张宏杰，魏毅，李萍.运动和脂蛋白代谢研究进展〔J〕.成都体育学院学报，2004，30（3）：75-77.

〔7〕COYLE E F，HAGBERG J M，HURLEY B F，et al.Carbohydrate feeding during prolonged strenuous exercise can delay fatigue〔J〕.Journal of Applied Physiology：Respiratory， Environmental and Exercise Physiology，1983，55（8）：230-235.

〔8〕NYBO L，NIELSEN B，BLOMSTRAND E，et al.Neurohumoral responses during prolonged exercise in humans〔J〕.Journal of Applied Physiology，2003，95（3）：1125-1131.

〔9〕HOPKINS R O，SUCHYTA M R，FARRER T J，et al.Improving post-intensive care unit neuropsychiatric outcomes：Understanding cognitive effects of physical activity〔J〕.American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine，2012，186（12）：1220-1228.

〔10〕POLLMANN S，VON CRAMON D Y.Object working memory and visuospatial processing：Functional neuroanatomy analyzed by event-related fMRI〔J〕.Experimental Brain Research，2000，133（5）：12-22.

〔11〕BROWN L A，RIBY L M.Glucose enhancement of event-related potentials associated with episodic memory and attention〔J〕.Food & Function，2013，5（4）：770-776.

〔12〕KARLSSON C L J，ONNERFALT J，XU J，et al.The microbiota of the gut in preschool children with normal and excessive body weight〔J〕.Obesity，2012，20（11）：2257-2261.

〔13〕BREWER L D，THIBAULT V，CHEN K C，et al.Vitamin D hormone confers neuroprotection in parallel with downregulation of l-type calcium channel expression in hippocampal neurons〔J〕.Journal of Neuroscience，2001，21（1）：98-108.

〔14〕LEONARD B E，MYINT A.Changes in the immune system in depression and dementia：Causal or coincidental effects〔J〕.Dialogues in Clinical Neuroscience，2006， 8（2）：163-174.

〔15〕OLVERA-CORTES M E，GUTIERREZ-GUZMAN B E，LOPEZ-LOEZA E，et al.Serotonergic modulation of hippocampal theta activity in relation to hippocampal information processing〔J〕.Experimental Brain Research，2013，230（4）：407-426.

〔16〕仇冬.膳食營养与儿童的情绪状态及性格形成〔J〕.中国食物与营养，2006，（10）：52-53.

〔17〕MANNING C A，PARSONS M W，COTTER E M，et al.Glucose effects on declarative and nondeclarative memory in healthy elderly and young adults〔J〕.Psychobiology，1997，25（2）：103-108.

〔18〕EICHENBAUM H.A cortical-hippocampal system for declarative memory〔J〕.Nature Reviews Neuroscience，2000，（1）：41-50.

〔19〕ERIKSSON P S，PERFILIEVA E，BJORK-ERIKSSON T，et al.Neurogenesis in the adult human hippocampus〔J〕.Nature Medicine，1998，11（4）：1313-1317.

〔20〕BOITARD C，ETCHAMENDY N，SAUVANT J，et al.Juvenile，but not adult exposure to high-fat diet impairs relational memory and hippocampal neurogenesis in mice〔J〕.Hippocampus，2012， 22（11）：2095-2100.

〔21〕BONHOMME D，MINNI A M，ALFOS S，et al.Vitamin A status regulates glucocorticoid availability in wistar rats：Consequences on cognitive functions and hippocampal neurogenesis〔J〕.Frontiers in Behavioral Neuroscience，2014，（8）：1-13.

〔22〕ZEISEL S H.The supply of choline is important for fetal progenitor cells〔J〕.Seminars in Cell & Developmental Biology，2011，22（6）：624-628.

〔23〕MEHEDINT M G， GRACIUNESCU C N，ZEISEL S H.Maternal dietary choline deficiency alters angiogenesis in fetal mouse hippocampus〔J〕.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2010，107（29）：12834-12839.

〔24〕ZEISEL S H，DA COSTA K A.Choline：An essential nutrient for public health〔J〕.Nutrition Reviews，2009，67（11）：615-623.

〔25〕KUHN H G， DICKINSON-ANSON H，GAGE F H.Neurogenesis in the dentate gyrus of the adult rat：Age-related decrease of neuronal progenitor proliferation〔J〕.Journal of Neuroscience，1996，16（6）：2027-2033.

〔26〕VAN PRAAG H， SCHINDER A F，CHRISTIE B R，et al.Functional neurogenesis in the adult hippocampus〔J〕.Nature，2002，6875（415）：1030-1034.

〔27〕LAFENETRE P， LESKE O，WAHLE P，et al.The beneficial effects of physical activity on impaired adult neurogenesis and cognitive performance〔J〕.Frontiers in Neuroscience，2011，（5）：51.

〔28〕〔30〕夏慧，王寧，彭亚拉.美国国家营养监测计划及对我国的启示〔J〕.中国食物与营养，2013，19（2）：5-9.

〔29〕中华人民共和国教育部.3～6岁儿童学习与发展指南〔M〕.北京：首都师范大学出版社，2012.