系统体育学：运动与健康*

刘承宜，刘 刚,2，康琰琰,3

(1.华南师范大学 体育科学学院，广东 广州 510006；2.广州中医药大学 体育与健康学院，广东 广州 510006；3.广东省体育科学研究所，广东 广州 510663)

目前，受制于科学技术的发展，人类仍然无法面对复杂的个体，生命科学的主流将人体还原为脏器、细胞甚至基因。人类基本征服了传染病，延长了寿命，但带来了沉重的慢性疾病负担。研究经费越来越多，治疗费用却越来越高，人类不堪重负。回归整体是现代生命科学努力的方向，系统生物学应运而生。基因组学、蛋白质组学和代谢组学等各种系统生物学方法成为流行的方法，先后在体育科学中获得应用。本文应用其中的无标度网络理论重新分析了运动与健康的关系。

1 无标度网络

经典物理学常常将物体抽象为一个只有质量没有结构的质点或刚体。现代物理学则将复杂系统抽象为一个网络，其中的节点代表组成元素，节点之间的连接则代表组成元素之间的相互作用。尽管不同的复杂系统千差万别，但从网络的角度它们却大同小异。其中的无标度网络由必需节点和非必需节点两类节点构成，去掉必需节点会显著影响网络特性，但在一定范围内去掉非必需节点不会影响网络特性。无标度网络可以用于描述大量的生命现象。

网络分为结构和功能两类。在体育科学研究中，结构网络已经大量用于团体比赛或得分排序的研究，但功能网络的应用却方兴未艾。个体的外在活动可以构成无标度功能网络。根据对个体死亡风险的影响，个体活动可以分为必需、关键非必需和普通非必需三类：必需活动显著影响健康个体的死亡风险；关键非必需活动在一定范围内不影响健康个体死亡风险，但显著影响患者死亡风险；普通非必需活动在一定范围内不影响健康个体和患者的死亡风险。职业工作是人类个体唯一的必需活动，业余爱好、睡眠和营养是人类个体的关键非必需活动，婚姻、教育和宗教信仰等其他活动是人类个体的普通非必需活动。

生命科学常常用动物模型来研究运动与健康的关系。为了猎食，动物的运动是动物的必需活动，动物运动对健康的影响是必需活动对健康的影响，会显著影响动物的死亡风险，因此只能作为运动员的动物模型。只有专项运动员的专项运动才是运动员的必需活动，运动爱好者的运动属于业余爱好，其他个体的运动连业余爱好都算不上，只能算做普通非必需活动。

2 运动员的健康

运动员会从事大量活动，其中专项运动属于必需活动，业余爱好、体能训练、心理训练、文化学习、睡眠和营养等属于关键非必需活动。专项运动是运动员身份认同的必需活动，是否将专项运动安排在训练计划的首要位置，是判断一个训练理论的标准。从这个角度来看，运动训练的板块结构理论比传统周期模式理论更容易提高运动成绩，它们的理论基础分别为一元理论和二元理论。刘翔是板块结构理论成功应用的范例。如果一个运动员喜欢专项运动，业余爱好可以与必需活动合二而一。如果一个运动员虽然有运动天赋，但只是将专项运动作为一项工作，他就必须有一个业余爱好来为身体充电。另外，文化学习也很重要，享有与体能训练同等重要的地位。国外运动员之所以运动寿命较长，是因为他们不但拥有运动天赋，而且享受专项运动，他们的体能训练和文化学习都比较系统。

正如上节所指出的，用动物模型来研究运动对健康的影响可以用来讨论运动员运动对运动员健康的影响。大量动物模型研究发现，动物的运动都有利于促进健康。业已发现，小鼠运动对细菌造模的脑膜炎或粪浆造模的败血症具有一定的抵抗力。但也有例外，比如用右旋糖酐硫酸酯钠造模小鼠大肠炎。Cook等人发现，强迫性运动加重小鼠病情，只有自愿性运动才会改善病情。这说明，只有喜欢运动的运动员才会从运动中获得健康好处，不喜欢运动的运动员强迫自己完成任务会有害健康。与其他行业一样，我国大多数运动员将运动作为生存的工具，运动强度越高，受到的伤害越大。

发达国家大多数运动员是喜欢自己工作的。Teramoto等人综述了前人大量的研究，发现优秀运动员的死亡率低于普通人。Kujala等人发现，力量型优秀运动员除糖尿病风险与普通人相当以外，其他慢性病的风险都显著低于普通人；其它类型优秀运动员的慢性病风险都显著低于普通人。心肺机能(cardiorespiratory fitness,CRF)表征了运动员的工作水平。Someya等人发现，运动员的CRF越高，罹患糖尿病的风险越低。

3 运动爱好者的健康

游牧民族与动物猎食获取猎物一样，运动属于必需活动。有游牧文化背景的国家爱好运动的人群较多，容易发展成为体育强国。相比之下，有农耕文化背景的国家爱好运动的人群较少，难以发展成为体育强国。西方发达国家属于游牧文化背景。Naci 等人对西方国家的运动干预与药物干预开展了荟萃流行病学死亡率比较研究，发现两者在冠心病二级预防、中风康复、心衰治疗和糖尿病预防方面的作用是相当的。日本属于农耕文化背景。Kuwahara等人对日本普通人的研究发现，体重与糖尿病风险的联系比CRF更加重要。

原则上，文献上研究运动影响健康的受试者都是志愿者，他们应该属于运动爱好者。运动爱好者的运动属于业余爱好这个关键非必需活动，在一定范围内不影响健康个体死亡风险。在职业工作这个必需活动的水平相当的情况下，运动成绩对健康个体死亡率的影响满足J型或U型曲线。哈佛大学校友和美国退伍军人两组人各自之间的职业相似度比普通人更高。Lee等人对哈佛大学校友的追踪研究发现，对于低强度和中等强度运动，存活率与运动量的关系满足“J”型曲线；对于高强度的运动，在所研究的范围之内，运动量越大，存活率越高。Kokkinos等人对美国退伍军人的跟踪研究发现，运动强度越高，总死亡风险和糖尿病风险越低。人们从步速和肌肉骨骼功适能的角度分别评价了西方老人(65岁以上)和巴西老人(51-80岁)，发现两个参数都可以预测总死亡率。步速或肌肉骨骼功适能越高，总死亡率越低。这说明，提高步速和肌肉骨骼功适能都可以延缓衰老。

4 普通人的健康

明确研究不喜欢运动的普通人的运动文献不多。运动被建议为一种减肥手段，肥胖的人大多不喜欢运动。Werle等人发现，不喜欢运动的人，运动后会因为吃得更多而更胖。日本虽然属于发达国家，但与中国一样属于农耕文化，运动爱好者并不多。Kuwahara等人对日本人的研究发现，体重与糖尿病风险的联系比CRF更加重要。

健康可以体现为身体质量指数(body mass index，BMI，单位kg/m2)。正常、超重、一级肥胖和二三级肥胖的BMI范围一般在18.5-25.0、25.0-30.0、30.0-35.0和≧35.0。然而，Flegal等人对迄今相关研究的荟萃分析发现，超重、一级肥胖和二三级肥胖相对于正常BMI的死亡风险分别为0.94、0.97和1.34，这种超重和一级肥胖反而更健康的效应称为肥胖悖论。Woo等人发现超重和一级肥胖人群中体适能高的人比例并不多。最近，Jais等人发现了区别健康肥胖与病理肥胖的分子基础就是Ⅰ型血红素氧合酶(heme oxygenase-1,HO-1)，前者HO-1基因表达较低，后者HO-1基因表达较高。Niess等人发现，虽然半程马拉松运动会引起HO-1基因表达的增加，但运动员HO-1基因的静息表达低于普通人。Chen Y等人发现，小鼠觅食行为训练也可以引起脑部HO-1基因表达增加。马拉松运动和觅食行为训练分别是运动员和小鼠的必需活动。根据本文的研究，可以假定职业工作水平的提高可以通过增加活动HO-1基因表达降低静息HO-1表达，维持肥胖者的健康。因此，属于健康肥胖的人员一定是各行各业中比较优秀的人员。

5 学生的健康

学生的必需活动是学习，文化成绩决定了健康状况。Piko等人的心理学研究发现，文化成绩越差的中学生健康越差。Martínez-Gómez等人对西班牙中学生的研究发现，文化成绩好的女生分为体适能高和食用水果两类。Martínez-Gómez等人的研究说明，运动不是中学生的必需活动，但是部分学生的业余爱好。

学生包括运动员、运动爱好者和有其他爱好的普通学生，前面两类只占学生中的少数，尤其是在我们这个有农耕文化背景的国家。由于举国体制的实施，我国竞技体育的水平与美国已经不相上下。但在大众健身这个层面，我国的体育人口比例远远小于美国。体质与健康的关系可以体现在体育成绩与文化成绩的关系上。陈刚等人发现，我国九江中学高中生的体育成绩与文化成绩的关系呈现“J”型曲线，说明体育活动属于中学生的非必需活动。但西方国家和台湾的研究都发现了两者的线性关系。其中一个可能原因是大陆学生的文化成绩的跨度足够大，可以找到体育成绩上升引起文化成绩下降的部分。事实上，大陆中学的文化课程教育确实有独到的地方。在2009年的国际学生评价节目中，上海中学生分别获得科学和数学第一名，西方国家中芬兰表现最好，科学第二，数学第六。芬兰学者Haapala虽然综述了西方学者和台湾学者的文献，但没有开展直接的研究。

6 结束语

运动与健康的关系是自古以来的话题。古希腊和我国体育界流传有竞技体育损害健康的说法，但大部分研究发现运动有益健康。美国运动医学学院的网站标语是通过科学、教育和医学提升健康。本文的讨论表明，要厘清运动与健康的关系，必须回归完整的人体活动网络，才能获得运动的准确定位。因此，体育科学不能将运动从人体活动中剥离出来开展单独研究，而应该在人体活动网络中开展系统研究。

[1] Gostin, L.O.Non-communicable diseases:Healthy living needs global governance[J].Nature,2014(8):147-149.

[2] Onnela, J.P.,Physics.Flow of control in networks[J].Science,2014(7):1325-1326.

[3] Jeong, H.,et al.The large-scale organization of metabolic networks[J].Nature,2000(4):651-654.

[4] Yamamoto,D.H.Kazui and M.Takeda.Wechsler Adult Intelligence Scale-III(WAIS-III)[J].Nihon Rinsho,2011(8):403-407.

[5] Sobradillo,P.,F.Pozo and A.Agusti,P4 medicine:the future around the corner[J].Arch Bronconeumol,2011(1):35-40.

[6] Passos, P.,et al.Networks as a novel tool for studying team ball sports as complex social systems[J].J Sci Med Sport,2011(2):170-176.

[7] Yamamoto, Y.and K.Yokoyama,Common and unique network dynamics in football games[J].PLoS One,2011(12):29-36.

[8] Motegi, S.,et al.Role of endothelin-1/endothelin receptor signaling in fibrosis and calcification in nephrogenic systemic fibrosis[J].Exp Dermatol,2014(9):664-669.

[9] Ghosh, S.,et al.Selecting exercise regimens and strains to modify obesity and diabetes in rodents:an overview[J].Clin Sci(Lond),2010(2):57-74.

[10] 李庆.现代运动训练周期理论的思考和讨论[J].体育科学,2004(6):52-55.

[11] 倪俊嵘,杨威.从运动训练周期的“板块结构”理论看刘翔的训练特点[J].军事体育进修学院学报,2006(2):60-63.

[12] 吕爱凤.体育运动学校文化教育现状调查及发展对策研究[J].体育科学,1994(3):4-9.

[13] 周晖.中外运动员运动寿命比较研究[J].湖北体育科技,2005(4):453-456.

[14] Fontana, L.,et al.Medical research:treat ageing[J].Nature,2014(10):405-407.

[15] Liebetanz, D.,et al.Pre-infection physical exercise decreases mortality and stimulates neurogenesis in bacterial meningitis[J].J Neuroinflammation,2012(9):168.

[16] Sossdorf, M.,et al.Physical exercise induces specific adaptations resulting in reduced organ injury and mortality during severe polymicrobial sepsis[J].Crit Care Med,2013(10):246-255.