不同強(qiáng)度有氧+力量混合運動對老年大鼠海馬神經(jīng)發(fā)生的影響

藍(lán)永生 張殿禹 蔣艷杰

(長春師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長春 130032)

海馬是大腦邊緣系統(tǒng)的組成部分，是與學(xué)習(xí)記憶及空間定位相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)〔1〕。其中海馬齒狀回顆粒細(xì)胞下層存在大量神經(jīng)干細(xì)胞，可最終分化為顆粒細(xì)胞。新生成的細(xì)胞可融入已有的齒狀回顆粒細(xì)胞層，其軸突可投射到海馬回CA3區(qū)，并與該區(qū)域的中間神經(jīng)元和椎體細(xì)胞等建立突觸聯(lián)系〔2，3〕。與絕大部分腦區(qū)不同的是，此區(qū)域細(xì)胞可終身保持分化能力〔4〕。新生神經(jīng)元與現(xiàn)有神經(jīng)元相比具有更強(qiáng)的神經(jīng)可塑性〔1〕，對提高和維持海馬功能具有重要意義。海馬功能降低是阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病的主要表型〔5〕。研究表明促進(jìn)成年海馬神經(jīng)發(fā)生對改善相關(guān)神經(jīng)退行性疾病有積極作用〔6〕。研究表明運動能夠促進(jìn)成年海馬神經(jīng)發(fā)生，并緩解認(rèn)知功能衰退〔7，8〕。有氧運動對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的促進(jìn)作用已被證實〔9，10〕，而有氧+力量混合運動的作用效果目前尚不清楚，導(dǎo)致參加有氧+力量混合運動人群缺少相應(yīng)的指導(dǎo)方案。本文分析不同強(qiáng)度的有氧+力量混合運動對老年大鼠海馬神經(jīng)發(fā)生促進(jìn)的作用。

1 材料與方法

1.1實驗動物與分組 18月齡雄性Wistar大鼠32只，自由采食、進(jìn)水。隨機(jī)分為小強(qiáng)度運動組(SL組)，體重(237±12.25)g；中強(qiáng)度運動組(ML組)，體重(238±12.46)g；高強(qiáng)度運動組(HL組)，體重(237±12.38)g；對照組(CG組)，體重(235±9.29)g。各組體重差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

1.2運動器械與方案 大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1 w。SL組、ML組和HL組進(jìn)行5 d適應(yīng)性訓(xùn)練，第1～4天訓(xùn)練方案為坡度0°，速度15 m/min的跑臺運動，時間由20 min逐漸過渡到30 min。第5天訓(xùn)練方案參考以前訓(xùn)練方法〔11〕：SL組進(jìn)行有氧運動+無負(fù)重跑臺運動，ML組進(jìn)行有氧運動+5%體重跑臺運動，HL組進(jìn)行有氧運動+10%體重跑臺運動。負(fù)重方式以大鼠腰背施加重物方式實現(xiàn)，負(fù)重重量根據(jù)體重每周調(diào)整1次。跑臺坡度5°，跑速15 m/min，運動時間30 min。第一天正式訓(xùn)練后即刻眼內(nèi)眥取血，乳酸儀測血乳酸。各組血乳酸含量分別為：CG組(1.1±0.1)mmol/L，SL組(3.0±0.2)mmol/L，ML組(3.4±0.2)mmol/L，HL組(3.7±0.2)mmol/L。血乳酸濃度均<4 mmol/L，說明機(jī)體代謝類型以有氧氧化為主〔12〕，滿足實驗要求。此方案持續(xù)8 w，每周運動5 d(周一至周五)。CG組正常飼養(yǎng)，無需運動。

1.3水迷宮測試 每組選取4只進(jìn)行水迷宮測試。測試環(huán)境為黑色背景圓形水槽，水槽內(nèi)壁貼有標(biāo)志性圖片供動物確認(rèn)方位。水槽里水溫(22±2)℃，深50 cm。平臺放置于第三象限，平臺頂部低于水面2 cm。大鼠分別從第一象限和第二象限入水。從入水到爬上平臺，且在平臺上停留5 s視為實驗結(jié)束。如大鼠在90 s內(nèi)仍找不到平臺，則需手動將大鼠放置在平臺上熟悉10 s。通過計算機(jī)連攝像頭記錄大鼠從入水到找到平臺的時間(潛伏期)，共記錄6 d。第7天需將平臺撤掉，但需通過軟件在原平臺位置設(shè)置一個虛擬平臺，統(tǒng)計90 s內(nèi)大鼠穿越虛擬平臺的次數(shù)及在第三象限逗留時間。

1.4免疫組化檢查 每組剩下4只腹腔注射5-溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)，間隔4 h注射1次，共注射4次。最后1次注射后12 h分離大鼠腦組織，經(jīng)4%多聚甲醛固定、30%蔗糖溶液脫水后，進(jìn)行冰凍切片。冰凍切片經(jīng)0.2%聚乙二醇辛基本基醚溶液透化10 min，2%牛血清白蛋白(BSA)封閉30 min，BrdU抗體處理2 h，磷酸鹽緩沖液(PBS)沖洗，熒光二抗處理30 min，PBS沖洗，4′,6-聯(lián)脒-2-苯基吲哚二鹽酸鹽(DAPI)處理30 min，PBS沖洗，甘油封片，用共聚焦顯微鏡拍照，并統(tǒng)計新生神經(jīng)元數(shù)量。

1.5統(tǒng)計方法 采用SPSS15.0軟件進(jìn)行單因素方差分析、LSD-t檢驗。

2 結(jié) 果

2.1水迷宮測試潛伏期變化趨勢 與CG組相比，SL組和ML組潛伏期顯著縮短(P<0.01)，隨著運動強(qiáng)度提高，潛伏期呈升高趨勢；穿越虛擬平臺次數(shù)呈現(xiàn)相反變化趨勢(P<0.01)。各組游泳速度沒有變化(P>0.05)。見表1。

2.28 w訓(xùn)練后海馬神經(jīng)發(fā)生數(shù)量變化趨勢 與CG組相比，SL組和ML組海馬神經(jīng)發(fā)生數(shù)量顯著增多(P<0.01)。見表1。

表1 各組水迷宮測試和免疫組化檢查結(jié)果

與CG組比較：1)P=0.002，2)P=0.005，3)P=0.002，4)P=0.008，5)P=0.001

3 討 論

有氧+力量混合運動是大眾健身重要組成部分，一直受眾多學(xué)者關(guān)注〔13～15〕。該混合運動有兩種運動形式：①兩者分別練習(xí)。因此種形式需對有氧運動和力量訓(xùn)練進(jìn)行分別監(jiān)控，對運動強(qiáng)度和持續(xù)時間有嚴(yán)格要求，更適合有運動經(jīng)驗的人進(jìn)行。②兩者同時練習(xí)。此種運動形式是在有氧運動同時加入力量訓(xùn)練元素，只需控制血乳酸濃度在4 mmol/L以內(nèi)即可。水迷宮是測試動物空間認(rèn)知能力的經(jīng)典行為學(xué)實驗。大鼠擅長游泳，但厭惡水環(huán)境，一旦知道了隱藏平臺的位置便會以最快速度從入水點逃避到平臺上。到達(dá)平臺的時間(潛伏期)可反映動物的空間認(rèn)知能力。撤掉平臺后90 s內(nèi)穿越虛擬平臺的次數(shù)反映動物的空間記憶能力。BrdU可在DNA合成期(S期)代替胸腺嘧啶整合到新生成的DNA中，并隨著DNA復(fù)制進(jìn)入子細(xì)胞中。利用BrdU的特異性抗體可判斷細(xì)胞的增殖能力〔16〕，因此BrdU是被用來研究成年海馬神經(jīng)發(fā)生過程中常用標(biāo)記物。DAPI可與DNA形成強(qiáng)熒光復(fù)合體，在熒光顯微鏡下呈藍(lán)色熒光，常用于普通細(xì)胞核染色〔17〕。本研究結(jié)果說明中小強(qiáng)度有氧+力量混合運動能夠提高海馬功能。但成年海馬神經(jīng)發(fā)生對運動強(qiáng)度具有依賴性，運動強(qiáng)度過大可能不利于促進(jìn)海馬功能。

腦內(nèi)酮體含量可能是運動促進(jìn)海馬神經(jīng)發(fā)生的重要原因。因血乳酸濃度<4 mmol/L能夠動員脂肪分解，提高血液中酮體含量。酮體中的β-羥基丁酸和乙酰乙酸能夠通過提高線粒體的功能起到神經(jīng)保護(hù)的作用〔18〕，還可促進(jìn)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的表達(dá)，營養(yǎng)海馬神經(jīng)元，促進(jìn)神經(jīng)元增殖和分化。但隨著運動強(qiáng)度提高，腦內(nèi)CO2分壓降低，血管收縮，腦部血流量減少〔19〕，導(dǎo)致腦內(nèi)酮體含量降低，BDNF表達(dá)下調(diào)，最終表現(xiàn)為成年海馬神經(jīng)發(fā)生降低。太極拳等運動形式均屬于有氧+力量混合運動，并可通過重心高低靈活調(diào)節(jié)運動強(qiáng)度，有助于提高老年人海馬功能，但需以中小強(qiáng)度為主。