不同运动负荷对小鼠学习记忆能力及脑组织血管内皮物质的影响

周 慧，林 宇

不同运动负荷对小鼠学习记忆能力及脑组织血管内皮物质的影响

周 慧1，林 宇2

目的：不同运动负荷对小鼠学习记忆能力及脑组织血管内皮物质的影响及意义。方法：将小鼠随机分为中运动负荷组、高运动负荷组和对照组。各组按设计的运动负荷对运动负荷组小鼠进行游泳运动训练。于运动训练结束后，进行各组小鼠学习能力测试，24 h后进行记忆能力和脑组织血管内皮物质测定。结果：（1）学习能力测试。与对照组比较，中运动负荷组的总电击时间、错误反应次数显著减少（P＜0.05），正确反应率显著增高（P＜0.01），高运动负荷组总电击时间、总训练次数、错误反应次数均显著增加（P＜0.05），正确反应率显著减小（P＜0.01）。（2）记忆能力测试。与对照组比较，中运动负荷组的总电击时间显著减少、正确反应率显著增高（P＜0.05），高运动负荷组总电击时间显著延长、正确反应率显著减小（P＜0.05，P＜0.01）。（3）脑组织血管内皮物质测试。与对照组比较，中运动负荷组血管紧张素Ⅱ和一氧化氮含量显著下降（P＜0.05），高运动负荷组内皮素和血管紧张素Ⅱ含量显著增高（P＜0.05）。结论：不同运动负荷对小鼠的学习记忆能力产生不同的影响，这种影响的机制可能与脑组织血管内皮物质的变化有一定联系。

运动负荷；学习记忆；血管内皮物质；小鼠

研究表明，不同训练方式、不同运动负荷可对机体的各种生理指标产生不同的作用。目前有关此方面的报告主要集中在适量运动或有氧运动所致血中生化指标对延缓脑衰老的作用和意义，而生化指标的研究主要是血中氧自由基代谢的相关指标及神经递质等，未能涉及不同负荷运动对脑组织血管内皮活性物质的影响，也未能阐明生化指标与学习记忆功能改变之间的关系及其意义[1－6]。学习记忆功能是中枢神经系统的高级功能之一，同时也是机体处在不良状态下的早期表现之一。本实验研究探讨了不同游泳训练负荷对小鼠学习记忆功能及其脑组织血管内皮物质的影响，旨在观察运动负荷与学习记忆功能的联系及其生化机制。

1 研究对象与方法

1.1 对象

选择昆明种小鼠为实验对象（由济宁医学院实验动物中心提供）。小鼠体质量（25±2）g，雌雄不拘。所有小鼠的饲养条件完全相同，由专人饲养。

1.2 方法

1.2.1 仪器与设备 MG－3Y型迷宫（安徽濉溪正华教学实验器械厂），RC5Cplus高速冷冻离心机（美国科俊仪器公司），低温冰箱（美国Forma Scientific公司），722N型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司），FJ－2003/50A型γ放免计数器（国营二六二厂），ET和AngⅡ放免试剂盒（北京普尔伟业生物科技有限公司），NO试剂盒（南京建成生物工程研究所）。

1.2.2 小鼠分组及实验方法 将40只小鼠放入Y型迷宫箱中适应3～5 min后，给予适当电击，至其对3臂均探索进入为止。选择出对电击反应敏感，逃避反应迅速的30只小鼠为实验对象，并将其随机分为中运动负荷组、高运动负荷组和对照组3组，每组10只小鼠。各组小鼠按设计的运动负荷进行运动训练。于运动训练结束后，进行各组小鼠学习能力测试，24 h后进行记忆能力和脑组织血管内皮物质测定。

1.2.3 运动负荷训练[7]小鼠在实验室适应性喂养1周后，2个运动负荷组进行游泳训练，每周训练6天，每天训练1次。游泳池体积为 100 cm×30 cm×50 cm，水深 30 cm，水温（30±1）℃。中运动负荷组：第1天游泳10 min，逐日递增游泳时间10 min，至第2周末达到120 min，后维持120 min的游泳时间至第8周末。高运动负荷组，用铅皮在小鼠尾部负重5%，游泳训练时间同中运动负荷组。小鼠在游泳过程中出现力竭者，按小鼠死亡计。对照组正常饲养。

1.2.4 Y型迷宫试验方法 学习能力测试：将小鼠放入迷宫中适应3～5 min，然后按Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ臂顺序轮流作为起步区进行学习能力测试，训练在l天内完成，每训练10次，休息l min，直到学会为止。以小鼠在足底通电后10 s内一次性跑向安全区（灯亮的臂）为正确反应。以连续10次中有9次或以上正确反应（正确反应率≥90%）为达到学会标准[8]。学习能力测试24 h后，复测Y型迷宫试验，以错误反应次数和正确反应率评价小鼠的记忆保持能力即记忆能力。

1.2.5 脑组织匀浆制备及血管内皮物质的测定 学习记忆功能测试完成后处死小鼠，在冰台上迅速取出全脑，用冰生理盐水洗2次，滤纸拭干称质量，称重后量取9倍脑组织块重量的0．86%生理盐水，匀浆制成10%的脑组织匀浆。4℃、3 000 r/min的条件下离心10～15 min，取上清液于－40℃冰箱保存待测。放射免疫法测定上清液中ET和AngⅡ的含量，化学比色法测定上清液中NO的含量。考马斯亮方法测定上清液中的蛋白含量。结果用每克蛋白（gpro）中所含ET和AngⅡ的质量（ng）或NO的量（μmoL）表示。

2 结 果

2.1 小鼠一般情况

在实验过程中，高运动负荷组小鼠出现食欲差、精神萎靡、活动减少等症状，其余各组小鼠无明显变化。各组均无小鼠死亡。

2.2 各组小鼠学习能力的比较

与对照组比较，中运动负荷组的总电击时间、错误反应次数显著减少（P＜0．05），正确反应率显著增高（P＜0．01）；与对照组比较，高运动负荷组总电击时间、总训练次数、错误反应次数均显著增加（P＜0．05），正确反应率显著减小（P＜0．01）（见表 1）。

表1 各组小鼠学习能力的比较（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

表1 各组小鼠学习能力的比较（±S）Tab.1 The comparison of learning functions in different groups

注：与对照组比较，*P＜0.05，**P＜0.01。

组别 总电击时间/min总训练次数/次错误反应次数/次正确反应率/%对照组 30.44±11.87 67.30±19.55 26.71±8.39 67.47±10.91中运动负荷组 20.62±9.84*56.13±12.30 17.65±7.82*87.47±16.17**高运动负荷组 46.36±18.67*91.45±27.59*40.08±17.47*51.29±8.84**

2.3 各组小鼠记忆能力的比较

与对照组比较，中运动负荷组的总电击时间显著减少、正确反应率显著增高（P＜0．05），高运动负荷组总电击时间显著延长、正确反应率显著减小（P＜0．05，P＜0．01）（见表 2）。

Tab.2 Th表e c2o mpa各ris组on小 o鼠f m记e忆mo能ry力 fu的nc比tio较n（sX in± dSi）fferent g（ronu=p1s0）组别 总电击时间/min 正确反应率/%对照组 17.31±5.56 85.46±15.37中运动负荷组 12.19±4.07* 97.98±14.28*高运动负荷组 27.92±13.15* 68.73±13.43**

2.4 各组小鼠脑组织内皮物质含量的比较

与对照组比较，中运动负荷组ET、AngⅡ和NO含量均具有降低趋势，其中AngⅡ和NO含量的下降具有统计学意义（P＜0．05）；与对照组比较，高运动负荷组ET、AngⅡ和NO含量均具有增高趋势，其中ET和AngⅡ含量的增高具有统计学意义（P＜0．05）（见表 3）。

表3 各组小鼠脑组织内皮物质的比较（±S）Tab.3 The comparison of vascular endothelial substances of brain tissues in different groups（n=10）组别 ET（ng/gprot） AngⅡ（ng/gprot） NO（μmoL/gprot）对照组 41.95±15.60 85.28±19.04 21.74±6.55中运动负荷组 31.20±11.17 69.94±16.91* 16.57±6.18*高运动负荷组 62.63±22.37* 109.95±37.13* 23.86±14.58

3 讨 论

Y型迷宫试验具有结构简单、操作方便、不受气候变化的影响，并且可同时观察动物的逃避条件反射能力和空间辨别能力的特点，是目前国内外最常采用的用以检测动物的行为和高级脑功能的试验之一。本研究结果显示，在学习能力和记忆能力测试中，中运动负荷组小鼠的总电击时间、错误反应次数显著减少、正确反应率显著增高，表明该组所承受的运动负荷能增强小鼠的学习记忆功能。在高运动负荷组则出现了相反的变化，提示过高的运动负荷可降低小鼠的学习记忆能力。

中枢神经系统对不良刺激的反应较其他系统更为敏感，在其他系统尚未出现功能损害时就可能出现某些高级功能（如学习记忆能力等）的紊乱，因此研究外界因素对学习记忆能力的影响可早期发现外界刺激对机体的不良影响。在本实验研究中，过高的运动负荷降低了小鼠的学习记忆能力，表明高运动负荷组所承受的运动负荷已经对小鼠机体造成了负性影响。

ET是目前已知体内最强的收缩血管的物质[9]，AngⅡ是脑内肾素-血管紧张素系统的主要效应物质，也具有强烈的收缩血管效应，同时AngⅡ还具有生物活性的多肽，不仅在血液中起着类似循环激素的作用，而且在中枢神经系统中发挥着神经递质的作用，参与脑的高级神经功能，与学习记忆密切相关[10]。NO是在一氧化氮合酶的介导下，以L-精氨酸和分子氧为底物合成的舒张血管物质[11]。ET、AngⅡ、NO在动态平衡中维持着血管正常的舒缩功能[12]。以往的研究表明，适宜的运动可降低ET的合成与释放，同时使NO浓度轻度升高，以适应运动所需的氧供，而过度训练或力竭性运动可使ET及NO显著升高，造成心血管系统损伤，并可引发脑部损伤[13]。本研究也有相似的结果。中运动负荷组脑组织ET、AngⅡ均呈下降趋势，表明适当运动可降低血管的张力、增加脑组织的血液供应，从而提高中枢神经系统的功能；此时NO水平也有下降趋势，其意义可能在于维持其与缩血管物质的水平协调，不致血管张力的过度下降。高运动负荷组则出现相反的变化，即ET、AngⅡ与NO水平均呈上升趋势，表明过度的运动负荷导致脑血管的收缩；NO的水平升高虽可在一定程度上“代偿”ET、AngⅡ的缩血管效应，但这种作用可能有一定限度，超过这个限度，ET、AngⅡ的缩血管效应就会占优势，进而引起脑组织血供的减少，从而导致脑组织的缺血缺氧而影响脑组织正常的代谢，后者一方面可直接损害小鼠的学习记忆能力，另一方面可通过诱发海马区细胞的过渡凋亡而导致小鼠学习记忆能力下降[14]。这可能是高运动负荷组小鼠学习记忆能力下降的生化机制之一。过度运动所致的脑组织血管内物质紊乱的原因尚有待进一步研究。

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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；录用日期：2012-01-01

周 慧（1977-），女，山东济宁人，副教授，研究方向为运动人体科学。

1.曲阜师范大学日照校区体育教研部，山东日照276826；2.济宁医学院日照校区基础医学与法医学院，山东日照276826。