體育運動訓練增強肌肉可塑性和大腦可塑性

趙新世

（華北水利水電大學 河南 鄭州 450045）

前言

生命在于運動，經(jīng)常進行體育運動，不僅能夠強身健體，改善我們的肌肉可塑性，還能夠增強我們大腦的可塑性，改善我們的記憶力，使得我們的注意力更加集中。通過對體育運動訓練增強肌肉可塑性和大腦可塑性的研究，有利于激發(fā)人們的運動動機，還能夠以此為依據(jù)，制定科學合理的運動計劃，更好維護我們的身體健康，改善生活質量。

1、體育運動訓練增強肌肉可塑性

1.1、人體肌肉可塑收縮原理

人體肌肉在收縮過程中，主要依靠肌球蛋白與肌動蛋白相互作用來提供收縮動力。所謂的肌球蛋白，主要由兩條“重鏈”與“輕鏈”來組成，上述兩種物質能夠決定人體肌肉運動的動作效率、疲勞抗性等。以肌球蛋白重鏈亞型為依據(jù)，對其中存在的肌原纖維來說，具體可以分為三類：第一類是1型肌原纖維，第二類是2A型肌原纖維，第三類是2X型肌原纖維。在人體多數(shù)肌肉組織中，1型與2型肌原纖維（包括2A型肌原纖維與2X型肌原纖維）各占據(jù)“半壁江山”。同時在2型肌原纖維中，2A型肌原纖維與2X型肌原纖維各自所占比例也基本相同。2型肌原纖維與1型肌原纖維相比較，在收縮速度方面，2型肌原纖維收縮速度更快，但在肌肉最大力量輸出方面，1型肌原纖維顯然更占據(jù)優(yōu)勢。究其原因在于，在1型肌原纖維中，含有大量ATP酶，且自身張力成本也比較低。通常而言，人體肌肉在運動時，會優(yōu)先利用1型肌原纖維，然后才是2型肌原纖維。因此在低強度運動下，2型肌原纖維使用比較少。

1.2、體育運動對肌肉可塑性的影響

肌肉可塑性主要體現(xiàn)在能夠對一些外部刺激進行適應，一般適應效率越高，說明肌肉可塑性越強，而影響肌肉可塑性包含多種因素，比如運動負重程度、局部組織缺氧程度、肌肉收縮的次數(shù)等。相關研究表明，若個體長期臥床，或者肢體長期保持固定，將會降低肌肉的橫截面積，且肌肉強直收縮力（PO）與肌肉橫截面積（CSA）之比也會下降，影響肌肉可塑性。但如果是短期臥床或短期肢體固定，不會改變PO/CSA數(shù)值，但肌肉橫截面積仍會下降。除此之外，若長期不運動，肌束角度與長度也會下降。研究發(fā)現(xiàn)，若將肢體打上石膏，在3個月后，個體1型肌原纖維減少9%，2A型肌原纖維保持不變，2X型肌原纖維有所增加，增加數(shù)值為7%。而個體在臥床25d后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)1型肌原纖維與2型肌原纖維均處于減少的狀態(tài)。由此能夠說明，活動受限時間不同，對肌原纖維帶來的影響也有一定差異性。

而相對活動受限會減少肌肉可塑性而言，通過進行體育運動訓練，能夠有效提升肌肉的可塑性。比如，在體育運動中增加耐力訓練與抗阻力訓練，肌肉中毛細血管的數(shù)量將會增多。同時相關研究還顯示，通過進行體育耐力運動訓練，能夠改變2型肌原纖維中不同肌原纖維類型分布，即會使得很多2X型肌原纖維轉化為2A型肌原纖維。在經(jīng)過體育運動力量訓練后，肌肉生理結構也會有所變化，除了毛細血管增多，2型肌原纖維與1型肌原纖維的橫截面積也會增大，且在增長速度方面，前者比后者要更快。肌肉整體力量也會因此增加，肌肉可塑性得到有效增強。

面對不同體育項目訓練，對人體肌肉可塑性帶來的影響也有一定差異性。比如針對健美體育運動，能夠有效增加人體的2型肌原纖維，1型肌原纖維不發(fā)生變化，且肌肉纖維的力量輸出將會變得更強。而對短跑體育運動而言，通過進行該項體育運動訓練，在運動員腓腸肌內，2型肌原纖維增加，能夠增強運動員肌肉收縮速度；而對從事耐力訓練的運動員來說，同樣時腓腸肌，其中1型肌原纖維數(shù)量明顯增加，能夠有效提高運動員肌肉運動的“持久力”。

面對不同的參與運動訓練的個體，受個體的年齡、性別、體育運動訓練強度的影響，同樣會對肌肉可塑性帶來不同的影響。比如與女性以及老年男性相比，年輕黏性在經(jīng)過16周體育運動力量訓練后，肌肉會明顯增大，這是因為年輕男性的肌原纖維面積增加速度更快，同時年輕男性本身的激素水平更高，肌肉可塑性更強，因此經(jīng)過體育運動訓練后，起到的訓練效果也會更好。而同樣是年輕短跑運動員，訓練時間較短的運動員與訓練時間較長的運動員相比，后者的腓腸肌肌束長度更高，角度更小，因此肌肉可塑性也會更強。與此同時，訓練強度低的男性運動員與訓練強度高的男性運動員相比，后者的肌肉增大也會更加的明顯。相關學者認為，肌肉橫截面積之所以增加，是因為肌束角增加的緣故。

2、體育運動訓練增強大腦可塑性

當前主流研究均認為，通過進行體育運動訓練，不僅能夠有效改善人身體機能，還能夠改善人的認知能力，增強大腦的可塑性。大腦可塑性可體現(xiàn)在多方面，比如，大腦神經(jīng)元數(shù)量增加、大腦血管數(shù)量增加、大腦灰質體積變大、腦區(qū)間功能連接變化等。當前相關研究表明，經(jīng)常性的進行體育運動鍛煉，能夠有效改善大腦結構與功能，更有益于人的身體健康。例如，對于老年人而言，堅持6個月的有氧運動，比如，步行、打太極拳等，老年人因年老為萎縮的大腦灰質與白質體積均有效增加。但相應研究沒有對運動訓練與大腦白質體積關系進行明確的研究，因此運動訓練引起的大腦可塑性提升，主要體現(xiàn)在個別腦區(qū)的增大，大腦白質變化并不十分確定。

而在大腦激活方面，個體在參與6個月的有氧運動，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，個體大腦的頂葉兩側與額中回右側激活得到了有效地增強；另一方面，老年人在接受1至2年的中度強度的體育運動訓練后，在時隔2年后，再進行加工速度任務測試，能夠顯示出良好的大腦前額葉與頂葉激活性能。由此能夠說明，通過進行體育運動訓練，大腦激活變化效果能夠得到相當一段時間的維持。體育運動訓練除了會對個別大腦區(qū)間活動帶來影響以外，還會對腦網(wǎng)絡帶來一定的變化。比如，相關研究表明，老年人在參加為時一年的拉筋或塑身訓練后，經(jīng)夠檢查發(fā)現(xiàn)，老年人的大腦額葉執(zhí)行網(wǎng)絡與默認網(wǎng)絡之間的同步性得到了有效地改善。對心肺能力比較強的老年人而言，在大腦額葉內默認網(wǎng)絡節(jié)點間的功能聯(lián)結也得到了有效地增強。

通過進行橫向研究可表明，心肺能力較強的兒童與心肺能力相對較弱的兒童相比，在Flanker任務條件不一致的情況下，后者在額葉、頂葉等腦區(qū)激活較低。在條件一致的情況下，后者的上述腦區(qū)激活表現(xiàn)則比較高，但也有可能表明這些兒童認知資源比較多，能后很好地應付當下任務。而縱向研究與橫向研究結果比較類似，心肺耐力強弱不同的個體在堅持體育運動訓練1年以后，心肺耐力較強的個體大腦海馬容量提升更為顯著，因此能夠證明在相同的體育運動訓練中，心肺耐力能夠對大腦可塑性帶來一定的積極影響嗎，一般心肺耐力越強，對大腦可塑性影響也就越大。

拋卻由來已久的核磁共振研究不談，當下比較新的腦電研究也具有相似的結果，即個體的心肺耐力與P300波幅有著密切的關系。所謂的P300波幅，簡單來說就是個體大腦對外界刺激投入得注意資源的控制程度，P300波幅越大，說明注意力控制能力越強。而經(jīng)常參加體育運動訓練的群體P300波幅更強，說明他們自主進行注意力分配的能力越強。

運動訓練除了會對心肺耐力帶來影響，還會對人體血液循環(huán)帶來影響。對運動量少、心肺能力差的群體而言，經(jīng)常參加體育運動鍛煉、心肺能力更強的群體腦血攜氧能力也就越強。通過進行有氧運動訓練，能夠對大腦海馬齒狀回神經(jīng)造成一定的刺激，使其再生能力強，還會增加人體的大腦血容量。而腦血容量的增加，通常與個人的記憶力與心肺耐力有著密切的關系，能夠說明血管再生可能是個人神經(jīng)再生與腦血容量再生的中間因素。

哥倫比亞神經(jīng)科學家克·坎德爾（Eric Kandel）有一項關于神經(jīng)可塑性的研究贏得了2000年的諾貝爾獎。他發(fā)現(xiàn)通過進行體育鍛煉，能夠讓大腦神經(jīng)突觸自發(fā)腫脹，建立更強的聯(lián)系。一個神經(jīng)細胞就像是一棵樹，突觸就是樹上的分叉，最終樹干會長出新的分支，會出現(xiàn)更多的突觸來鞏固相關間的聯(lián)系。這種機制就是突觸可塑性（synaptic plasticity）。也就是說，通過不斷的進行體育鍛煉，我們的大腦會發(fā)生結構的改變，細胞之間會出現(xiàn)新的聯(lián)系，我們的大腦會長大，自身的可塑性也會因此得到有效地增強。

3、體育運動訓練下的大腦與肌肉可塑性增強的聯(lián)系

個體通過進行體育運動訓練，不僅有效改善了自身的肌肉系統(tǒng)，同時身體也會分泌一些物質，來對大腦神經(jīng)系統(tǒng)進行相應的調節(jié)。比如在經(jīng)過體育運動鍛煉后，人體循環(huán)系統(tǒng)中的酮體與糖酵解產(chǎn)物增加。通過堅持長期體育運動，能夠減少大腦中的糖原，提高對大腦神經(jīng)元乳酸的供應量，更有利于大腦神經(jīng)再生，而上述過程與個體記憶力能力高低均有著密切的關系。通過進行體育運動，還有利于神經(jīng)營養(yǎng)因子的增加，能夠對骨骼BNDF分泌進行有效地調節(jié)。動物相關研究表明，通過進行體育運動鍛煉，能夠有效增加大腦海馬 羥基丁酸的水平，還有利于增加BNDF表達。

個體在經(jīng)過體育運動后，通常會產(chǎn)生一種名為鳶尾素的生物激素，這種激素與大腦可塑性也有著非常緊密的關系。在人體進行體育運動的過程中，會被直接分解為鳶尾素。縱向研究表明，通過進行為時12周的體育運動鍛煉，能夠有效提升超重成年人的鳶尾素水平，從而更有助于增強他們的肌肉。不僅如此，鳶尾素還與神經(jīng)分化有著密切的關系，這種激素能夠穿越血腦屏障，與內皮細胞受體發(fā)生作用，并對海馬基因表達進行一定的調節(jié)作用。而BNDF能夠有效促進神經(jīng)成長、增生、分化等，這對改善個體的大腦記憶功能有著較為積極的影響意義。

除此之外，通過進行體育力量訓練，能夠有效降低大腦皮質抑制機制，這可能與在運動訓練中帶來的感官反饋反復作用于運動皮質使其重復進行信息接收有著密切的關系。通過進行體育運動力量訓練，還能夠增強神經(jīng)系統(tǒng)的長時程，增加運動皮層突出活動，使得人體的肌肉力量在運動訓練初期得到了有效地增長。

4、總結

綜上所述，通過進行體育運動訓練，不僅能夠有效增強人體肌肉的可塑性，還會增強大腦的可塑性，改善大腦功能。同時體育運動訓練本身能夠產(chǎn)生一些物質，在改善肌肉運動的同時，還能夠作用于大腦，改善大腦功能。因此需要我們在日常生活中注重加強體育運動訓練，更有助于保護我們的身體健康。