不同運動負荷對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響

周 慧，林 宇

不同運動負荷對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響

周 慧1，林 宇2

目的：不同運動負荷對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響及意義。方法：將小鼠隨機分為中運動負荷組、高運動負荷組和對照組。各組按設(shè)計的運動負荷對運動負荷組小鼠進行游泳運動訓(xùn)練。于運動訓(xùn)練結(jié)束后，進行各組小鼠學(xué)習(xí)能力測試，24 h后進行記憶能力和腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測定。結(jié)果：（1）學(xué)習(xí)能力測試。與對照組比較，中運動負荷組的總電擊時間、錯誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少（P＜0.05），正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0.01），高運動負荷組總電擊時間、總訓(xùn)練次數(shù)、錯誤反應(yīng)次數(shù)均顯著增加（P＜0.05），正確反應(yīng)率顯著減?。≒＜0.01）。（2）記憶能力測試。與對照組比較，中運動負荷組的總電擊時間顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0.05），高運動負荷組總電擊時間顯著延長、正確反應(yīng)率顯著減?。≒＜0.05，P＜0.01）。（3）腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測試。與對照組比較，中運動負荷組血管緊張素Ⅱ和一氧化氮含量顯著下降（P＜0.05），高運動負荷組內(nèi)皮素和血管緊張素Ⅱ含量顯著增高（P＜0.05）。結(jié)論：不同運動負荷對小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力產(chǎn)生不同的影響，這種影響的機制可能與腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的變化有一定聯(lián)系。

運動負荷；學(xué)習(xí)記憶；血管內(nèi)皮物質(zhì)；小鼠

研究表明，不同訓(xùn)練方式、不同運動負荷可對機體的各種生理指標產(chǎn)生不同的作用。目前有關(guān)此方面的報告主要集中在適量運動或有氧運動所致血中生化指標對延緩腦衰老的作用和意義，而生化指標的研究主要是血中氧自由基代謝的相關(guān)指標及神經(jīng)遞質(zhì)等，未能涉及不同負荷運動對腦組織血管內(nèi)皮活性物質(zhì)的影響，也未能闡明生化指標與學(xué)習(xí)記憶功能改變之間的關(guān)系及其意義[1－6]。學(xué)習(xí)記憶功能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高級功能之一，同時也是機體處在不良狀態(tài)下的早期表現(xiàn)之一。本實驗研究探討了不同游泳訓(xùn)練負荷對小鼠學(xué)習(xí)記憶功能及其腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)的影響，旨在觀察運動負荷與學(xué)習(xí)記憶功能的聯(lián)系及其生化機制。

1 研究對象與方法

1.1 對象

選擇昆明種小鼠為實驗對象（由濟寧醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供）。小鼠體質(zhì)量（25±2）g，雌雄不拘。所有小鼠的飼養(yǎng)條件完全相同，由專人飼養(yǎng)。

1.2 方法

1.2.1 儀器與設(shè)備 MG－3Y型迷宮（安徽濉溪正華教學(xué)實驗器械廠），RC5Cplus高速冷凍離心機（美國科俊儀器公司），低溫冰箱（美國Forma Scientific公司），722N型分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），F(xiàn)J－2003/50A型γ放免計數(shù)器（國營二六二廠），ET和AngⅡ放免試劑盒（北京普爾偉業(yè)生物科技有限公司），NO試劑盒（南京建成生物工程研究所）。

1.2.2 小鼠分組及實驗方法 將40只小鼠放入Y型迷宮箱中適應(yīng)3～5 min后，給予適當電擊，至其對3臂均探索進入為止。選擇出對電擊反應(yīng)敏感，逃避反應(yīng)迅速的30只小鼠為實驗對象，并將其隨機分為中運動負荷組、高運動負荷組和對照組3組，每組10只小鼠。各組小鼠按設(shè)計的運動負荷進行運動訓(xùn)練。于運動訓(xùn)練結(jié)束后，進行各組小鼠學(xué)習(xí)能力測試，24 h后進行記憶能力和腦組織血管內(nèi)皮物質(zhì)測定。

1.2.3 運動負荷訓(xùn)練[7]小鼠在實驗室適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，2個運動負荷組進行游泳訓(xùn)練，每周訓(xùn)練6天，每天訓(xùn)練1次。游泳池體積為 100 cm×30 cm×50 cm，水深 30 cm，水溫（30±1）℃。中運動負荷組：第1天游泳10 min，逐日遞增游泳時間10 min，至第2周末達到120 min，后維持120 min的游泳時間至第8周末。高運動負荷組，用鉛皮在小鼠尾部負重5%，游泳訓(xùn)練時間同中運動負荷組。小鼠在游泳過程中出現(xiàn)力竭者，按小鼠死亡計。對照組正常飼養(yǎng)。

1.2.4 Y型迷宮試驗方法 學(xué)習(xí)能力測試：將小鼠放入迷宮中適應(yīng)3～5 min，然后按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ臂順序輪流作為起步區(qū)進行學(xué)習(xí)能力測試，訓(xùn)練在l天內(nèi)完成，每訓(xùn)練10次，休息l min，直到學(xué)會為止。以小鼠在足底通電后10 s內(nèi)一次性跑向安全區(qū)（燈亮的臂）為正確反應(yīng)。以連續(xù)10次中有9次或以上正確反應(yīng)（正確反應(yīng)率≥90%）為達到學(xué)會標準[8]。學(xué)習(xí)能力測試24 h后，復(fù)測Y型迷宮試驗，以錯誤反應(yīng)次數(shù)和正確反應(yīng)率評價小鼠的記憶保持能力即記憶能力。

1.2.5 腦組織勻漿制備及血管內(nèi)皮物質(zhì)的測定 學(xué)習(xí)記憶功能測試完成后處死小鼠，在冰臺上迅速取出全腦，用冰生理鹽水洗2次，濾紙拭干稱質(zhì)量，稱重后量取9倍腦組織塊重量的0．86%生理鹽水，勻漿制成10%的腦組織勻漿。4℃、3 000 r/min的條件下離心10～15 min，取上清液于－40℃冰箱保存待測。放射免疫法測定上清液中ET和AngⅡ的含量，化學(xué)比色法測定上清液中NO的含量。考馬斯亮方法測定上清液中的蛋白含量。結(jié)果用每克蛋白（gpro）中所含ET和AngⅡ的質(zhì)量（ng）或NO的量（μmoL）表示。

2 結(jié) 果

2.1 小鼠一般情況

在實驗過程中，高運動負荷組小鼠出現(xiàn)食欲差、精神萎靡、活動減少等癥狀，其余各組小鼠無明顯變化。各組均無小鼠死亡。

2.2 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較

與對照組比較，中運動負荷組的總電擊時間、錯誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少（P＜0．05），正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0．01）；與對照組比較，高運動負荷組總電擊時間、總訓(xùn)練次數(shù)、錯誤反應(yīng)次數(shù)均顯著增加（P＜0．05），正確反應(yīng)率顯著減?。≒＜0．01）（見表 1）。

表1 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

表1 各組小鼠學(xué)習(xí)能力的比較（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

注：與對照組比較，*P＜0.05，**P＜0.01。

組別 總電擊時間/min總訓(xùn)練次數(shù)/次錯誤反應(yīng)次數(shù)/次正確反應(yīng)率/%對照組 30.44±11.87 67.30±19.55 26.71±8.39 67.47±10.91中運動負荷組 20.62±9.84*56.13±12.30 17.65±7.82*87.47±16.17**高運動負荷組 46.36±18.67*91.45±27.59*40.08±17.47*51.29±8.84**

2.3 各組小鼠記憶能力的比較

與對照組比較，中運動負荷組的總電擊時間顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高（P＜0．05），高運動負荷組總電擊時間顯著延長、正確反應(yīng)率顯著減?。≒＜0．05，P＜0．01）（見表 2）。

Tab.2 Th表e c2o mpa各ris組on小 o鼠f m記e憶mo能ry力 fu的nc比tio較n（sX in± dSi）fferent g（ronu=p1s0）組別 總電擊時間/min 正確反應(yīng)率/%對照組 17.31±5.56 85.46±15.37中運動負荷組 12.19±4.07* 97.98±14.28*高運動負荷組 27.92±13.15* 68.73±13.43**

2.4 各組小鼠腦組織內(nèi)皮物質(zhì)含量的比較

與對照組比較，中運動負荷組ET、AngⅡ和NO含量均具有降低趨勢，其中AngⅡ和NO含量的下降具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0．05）；與對照組比較，高運動負荷組ET、AngⅡ和NO含量均具有增高趨勢，其中ET和AngⅡ含量的增高具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0．05）（見表 3）。

表3 各組小鼠腦組織內(nèi)皮物質(zhì)的比較（±S）Tab.3 The comparison of vascular endothelial substances of brain tissues in different groups（n=10）組別 ET（ng/gprot） AngⅡ（ng/gprot） NO（μmoL/gprot）對照組 41.95±15.60 85.28±19.04 21.74±6.55中運動負荷組 31.20±11.17 69.94±16.91* 16.57±6.18*高運動負荷組 62.63±22.37* 109.95±37.13* 23.86±14.58

3 討 論

Y型迷宮試驗具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、不受氣候變化的影響，并且可同時觀察動物的逃避條件反射能力和空間辨別能力的特點，是目前國內(nèi)外最常采用的用以檢測動物的行為和高級腦功能的試驗之一。本研究結(jié)果顯示，在學(xué)習(xí)能力和記憶能力測試中，中運動負荷組小鼠的總電擊時間、錯誤反應(yīng)次數(shù)顯著減少、正確反應(yīng)率顯著增高，表明該組所承受的運動負荷能增強小鼠的學(xué)習(xí)記憶功能。在高運動負荷組則出現(xiàn)了相反的變化，提示過高的運動負荷可降低小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)對不良刺激的反應(yīng)較其他系統(tǒng)更為敏感，在其他系統(tǒng)尚未出現(xiàn)功能損害時就可能出現(xiàn)某些高級功能（如學(xué)習(xí)記憶能力等）的紊亂，因此研究外界因素對學(xué)習(xí)記憶能力的影響可早期發(fā)現(xiàn)外界刺激對機體的不良影響。在本實驗研究中，過高的運動負荷降低了小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，表明高運動負荷組所承受的運動負荷已經(jīng)對小鼠機體造成了負性影響。

ET是目前已知體內(nèi)最強的收縮血管的物質(zhì)[9]，AngⅡ是腦內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)的主要效應(yīng)物質(zhì)，也具有強烈的收縮血管效應(yīng)，同時AngⅡ還具有生物活性的多肽，不僅在血液中起著類似循環(huán)激素的作用，而且在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著神經(jīng)遞質(zhì)的作用，參與腦的高級神經(jīng)功能，與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)[10]。NO是在一氧化氮合酶的介導(dǎo)下，以L-精氨酸和分子氧為底物合成的舒張血管物質(zhì)[11]。ET、AngⅡ、NO在動態(tài)平衡中維持著血管正常的舒縮功能[12]。以往的研究表明，適宜的運動可降低ET的合成與釋放，同時使NO濃度輕度升高，以適應(yīng)運動所需的氧供，而過度訓(xùn)練或力竭性運動可使ET及NO顯著升高，造成心血管系統(tǒng)損傷，并可引發(fā)腦部損傷[13]。本研究也有相似的結(jié)果。中運動負荷組腦組織ET、AngⅡ均呈下降趨勢，表明適當運動可降低血管的張力、增加腦組織的血液供應(yīng)，從而提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能；此時NO水平也有下降趨勢，其意義可能在于維持其與縮血管物質(zhì)的水平協(xié)調(diào)，不致血管張力的過度下降。高運動負荷組則出現(xiàn)相反的變化，即ET、AngⅡ與NO水平均呈上升趨勢，表明過度的運動負荷導(dǎo)致腦血管的收縮；NO的水平升高雖可在一定程度上“代償”ET、AngⅡ的縮血管效應(yīng)，但這種作用可能有一定限度，超過這個限度，ET、AngⅡ的縮血管效應(yīng)就會占優(yōu)勢，進而引起腦組織血供的減少，從而導(dǎo)致腦組織的缺血缺氧而影響腦組織正常的代謝，后者一方面可直接損害小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力，另一方面可通過誘發(fā)海馬區(qū)細胞的過渡凋亡而導(dǎo)致小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降[14]。這可能是高運動負荷組小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降的生化機制之一。過度運動所致的腦組織血管內(nèi)物質(zhì)紊亂的原因尚有待進一步研究。

[1]田野，滿君.6周游泳運動對大鼠海馬區(qū)神經(jīng)生物學(xué)指標的影響及其機理的研究[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2004，23（5）：510-514.

[2]劉濤，白石.不同負荷游泳訓(xùn)練對大鼠大腦及小腦皮質(zhì)超氧化物歧化酶含量的影響[J].沈陽體育學(xué)院學(xué)報，2004，6（23）：344-345.

[3]徐波，季瀏，林龍年，等.游泳訓(xùn)練對大鼠學(xué)習(xí)記憶和腦內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的影響[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2004，23（3）：261-265.

[4]張安民，子芳，胡淑萍，等.不同游泳運動方式下大鼠中央杏仁核C-fos蛋白表達的實驗研究[J].上海體育學(xué)院學(xué)報，2008（5）：51-56.

[5]杜鵑，白石，趙曉慧，等.游泳訓(xùn)練對大鼠脊髓膨大處前角運動神經(jīng)元形態(tài)和數(shù)量的影響[J].西安體育學(xué)院學(xué)報，2007（2）：95-98.

[6]孫國欣，田振軍，何江明.不同負荷運動對大鼠海馬CAI區(qū)一氧化氮合酶表達的影響[J].天津體育學(xué)院學(xué)報，2006（1）：24-26.

[7]劉浩.不同負荷游泳運動對小鼠心肌血管內(nèi)皮生長因子表達的影響[D].武漢：武漢體育學(xué)院，2007：7.

[8]韓運梅，林立，張春之，等.低溫對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力及腦組織ATP酶的影響[J].中華勞動衛(wèi)生職業(yè)病雜志，2009，27（3）：129-131.

[9]Yanagisawa M，Kurihara H，Kimura S，et al.Anovel potent vasoconstrictor peptide produced by vascular endothelial cell[J].Nature，1988，332（6 163）：411-415.

[10]Wayner M J，Phelix C F，Armstrong D L.Lateral hypothalamic stimulation inhibits dentate granule cell LTP：direct connections[J].Brain Res Bull，1997，43（1）：5-15.

[11]郭寶石，劉洪濤.一氧化氮在心肌缺血再灌注損傷中的作用[J].中國運動醫(yī)學(xué)雜志，2002，21（2）：183-185，194.

[12]趙廣翊，李存友，孟凌新，等.L-精氨酸對缺血缺氧腦組織內(nèi)皮素的影響[J].中國醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2005，34（2）：125-126.

[13]康喜來，田振軍，李振斌，等.運動訓(xùn)練中一氧化氮與內(nèi)皮素對心血管系統(tǒng)作用的研究進展[J].體育學(xué)刊，2004，11（50）：47-50.

[14]李東燕，趙玉梅.心血管病患者血清一氧化氮、一氧化氮合酶含量測定臨床觀察[J].西北國防醫(yī)學(xué)雜志，2001，22（1）：84.

Effects of Various Training Loads on the Learning and Memory Functions and the Concentrations of Vascular Endothelial Substances of Brain Tissues in Mice

ZHOU Hui1，LIN Yu2
（1．Dept．of PE，Qufu Normal University，Rizhao 276826，China；2．Academy of Basic and Forensic Medicine，Jining Medical College，Rizhao 276826，China）

Objective：To explore the effects of various training loads on the learning and memory functions and the concentrations of vascular endothelial substances of brain tissues in mice and its meanings．Methods：Mice were randomly divided into three groups of middle－load group，high－load group and control group．Each load group was trained by the means of swimming with different training load．After the swimming training，the learning and memory functions and vascular endothelial substances of brain tissues were tested by Y－type maze test in each group．Results：In the test of learning functions，compared with control group，the total electric shock period and the error reaction times decreased significantly （P＜0．01）and the rate of right reaction increased significantly in middle－load group （P＜0．05），but the total electric shock period，total training time and the error reaction times increased significantly（P＜0．01）and the rate of right reaction decreased significantly in high－load group（P＜0．05）．In the test of memory functions，compared with control group，the total electric shock period decreased significantly and the rate of right reaction increased significantly in middle－load group （P＜0．05），but the total electric shock period increased significantly（P＜0．05）and the rate of right reaction decreased significantly in high－load group（P＜0．01）．In the test of vascular endothelial substances of brain tissues，compared with control group，the level of angiotensin Ⅱ（AngⅡ）and nitric oxide（NO）decreased significantly in middle－load group （P＜0．05），and the level of endothelin （ET）and AngⅡ increased significantly in high－load group （P＜0．05）．Conclusion：Various training loads could result in the different changes of the learning and memory functions in mice，which must be related to the changes of the levels of vascular endothelial substances of brain tissues induced by various training loads．

training load；learning and memory；vascular endothelial substances；mice

G 804．7

A

1005-0000（2012）01-0064-03

2011-11-15；

2011-12-30；錄用日期：2012-01-01

周 慧（1977-），女，山東濟寧人，副教授，研究方向為運動人體科學(xué)。

1.曲阜師范大學(xué)日照校區(qū)體育教研部，山東日照276826；2.濟寧醫(yī)學(xué)院日照校區(qū)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院，山東日照276826。