运动训练对局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力及弥散张量成像的影响①

缪培，张通，米海霞，张玉阁

·基础研究·

运动训练对局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力及弥散张量成像的影响①

缪培，张通，米海霞，张玉阁

目的探讨运动训练对局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力的影响，并运用弥散张量成像（DTI）参数分析运动训练后大鼠脑组织结构的变化。方法24只SPF级雄性Sprague-Dawley大鼠随机分为假手术组（n=8）、自然恢复组（n=8）和运动训练组（n=8）。后两组根据Longa改良线拴法制备大鼠左侧大脑中动脉闭塞（MCAO）模型。运动训练组于术后24 h进行跑轮训练，共14 d。所有大鼠术后第15天进行Morris水迷宫测试。记录定位航行实验中三组大鼠到达平台的潜伏期，空间探索实验中三组大鼠第1次到达平台所在位置的潜伏期、边界时间百分比、边界距离百分比、平均速度及游泳路径。各组选取Longa评分相近的4只大鼠进行磁共振DTI扫描，测量脑缺血皮质及海马区域及对侧相应区域的部分各向异性（FA）、轴向扩散系数（λ‖）和径向扩散系数（λ⊥）。结果定位航行实验中，三组大鼠的潜伏期均随训练天数的增加呈下降趋势（P＜0.05）。自然恢复组大鼠各时间点潜伏期均大于假手术组（P＜0.05）；运动训练组大鼠前3 d潜伏期大于假手术组（P＜0.05），第4、5天潜伏期与假手术组无显著性差异（P＞0.05），且小于自然恢复组（P＜0.05）。空间探索实验中，自然恢复组大鼠潜伏期、边界时间百分比及边界距离百分比均明显大于假手术组（Z＞2.627，P＜0.01），边界时间百分比及边界距离百分比大于运动训练组（Z＞2.521，P＜0.05）。三组大鼠平均速度无显著性差异（P＞0.05）。运动训练组和假手术组的游泳路径更优。假手术组大鼠左侧皮质感兴趣区FA及相对FA（rFA）均高于运动训练组和自然恢复组（P＜0.05），运动训练组大鼠左侧皮质感兴趣区FA及rFA稍高于自然恢复组，但无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠右侧大脑皮质感兴趣区FA无显著性差异（F=0.532，P=0.607）。假手术组大鼠左侧皮质感兴趣区λ⊥和λ‖及相对λ‖（rλ‖）和相对λ⊥（rλ⊥）均低于自然恢复组（P＜0.05）。运动训练组大鼠左侧皮质感兴趣区λ⊥和λ‖及rλ‖和rλ⊥与自然恢复组及假手术组相比均无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠右侧大脑皮质感兴趣区λ⊥和λ‖均无显著性差异（F＜1.030，P＞0.05）。三组大鼠双侧海马感兴趣区FA、λ‖及λ⊥及相对值均无显著性差异（F＜1.845，P＞0.05）。皮质感兴趣区rFA、rλ‖、rλ⊥及左侧λ⊥与空间探索实验中潜伏期相关（P＜0.05），其中rλ⊥与潜伏期相关性较高（r=0.761，P＜0.01）。结论适当的运动训练可改善局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力，并可促进其皮质缺血区神经纤维损伤修复和减轻血管源性水肿。DTI参数中，皮质的rFA、rλ‖、rλ⊥及患侧皮质区λ⊥可能是大鼠局灶性脑缺血后认知功能恢复的有效预测指标，其中rλ⊥的预测价值更高。

局灶性脑缺血；运动训练；学习记忆能力；弥散张量成像

［本文著录格式］缪培，张通，米海霞，等.运动训练对局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力及弥散张量成像的影响［J］.中国康复理论与实践，2016，22（8）：896-903.

CITED AS：Miao P，Zhang T，Mi HX，et al.Effects of exercise training on learning and memory ability and diffusion tensor imaging in rats after focal cerebral ischemia［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（8）：896-903.

脑卒中是一种急性脑血管疾病，已成为我国第一位死亡原因，也是中国成年人残疾的首要原因。脑卒中后发生认知障碍是临床较常见的症状，也是一种严重的后遗症，影响患者生活质量。早期发现并及时干预认知障碍对患者身心功能的全面恢复有着特别重要的意义。目前不少研究显示运动训练有助于促进认知功能改善，大多集中于对患侧脑区神经元增殖、存活和分化［1-3］，一些基因蛋白表达增强［4-6］，突触结构参数改变［7］，血管构筑出现以及健侧半球树突分支及突触数量增多等机制的探讨，关于运动训练促进学习记忆能力的脑组织结构方面的改变还不明确。

弥散张量成像（diffusion tensor image，DTI）是基于组织中水分子扩散运动测量的成像方法，可无创监测脑组织微结构及纤维束解剖连接的改变。本研究除探讨运动训练对于局灶性脑缺血大鼠学习记忆能力的影响外，还运用DTI参数，包括各向异性（fractional anisotropy，FA）、轴向扩散系数（axial diffusivity，λ‖）和径向扩散系数（radial diffusivity，λ⊥），分析运动训练后大鼠脑组织结构的变化。

1　材料与方法

1.1实验动物

成年雄性SPF级Sprague-Dawley大鼠24只，体质量250～280 g，饲养于北京友谊医院实验动物部动物屏障实验室，许可证号SYXK（京）2012-0023。将大鼠随机分为假手术组（n=8）、自然恢复组（n=8）和运动训练组（n=8）。

1.2模型制备

根据Longa改良线栓法［8］制备大鼠大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型。自然恢复组和运动训练组大鼠10%水合氯醛3 ml/kg腹腔注射麻醉后，颈部正中皮肤切开，钝性分离暴露左侧颈总动脉、颈外动脉和劲内动脉分岔口处，结扎颈总动脉近心端及颈外动脉远心端，动脉夹临时夹闭颈内动脉，于颈总动脉远心端上做一切口，插入相应直径的硅胶头线栓，使其沿着颈总动脉进入颈内动脉，到达大脑中动脉起始部（有轻微阻力感止，深度约1.8～2.0cm）后固定线栓，检查无出血后缝合颈部皮肤。为补充体液，皮下注射生理盐水5 ml，连续3 d。

假手术组大鼠10%水合氯醛0.3 ml/100 g腹腔注射麻醉后，颈部正中皮肤切开，钝性分离暴露左侧颈总动脉、颈外动脉和劲内动脉分岔口处，检查无出血后缝合颈部皮肤。皮下注射生理盐水5 ml，连续3 d。

1.3纳入标准

所有大鼠术后24 h时，参照Longa等5分制评分标准［8］进行评分。0分，无神经功能损伤症状。1分，不能伸展对侧前爪。2分，向对侧转圈。3分，向对侧倾倒。4分，不能自发行走。5分，意识丧失。1～2分为模型成功，纳入实验。所有大鼠均成功造模。

1.4跑轮训练

运动训练组大鼠在术后24 h开始进行跑轮训练。采用YLS-15A大鼠转轮式跑步机（北京众实迪创科技发展有限责任公司）对大鼠进行跑步训练。初始转速设定为10 r/min。根据大鼠的运动耐力调整跑步机速度，设置疲劳标准。大鼠忍受了10 s电击后，转轮进入停转保护状态，随之得到1 min的休息，休息后转轮继续运行，如果在10 min内大鼠连续休息3次以上者，下调跑笼速度继续跑步训练。每次30 min，每天1次，连续14 d。

1.5Morris水迷宫训练

所有大鼠术后第15天开始水迷宫训练，共7 d。

采用Morris水迷宫（安徽正华生物仪器设备有限公司）对大鼠进行水迷宫训练。直径170 cm，高50 cm，深41 cm的圆形水池，水池内壁被漆为黑色，水温保持在（23±1）℃，房间内光照恒定，并保证无光线反射在池内。池壁上以4个等距离点（A、B、C、D）将水池分为4个象限，分别称西南（southwest，SW）、西北（northwest，NW）、东南（southeast，SE）及东北（north east，NE）象限。在NE象限正中，距离池壁35 cm处放一个直径9 cm，高35 cm的圆形平台，平台顶低于水面1 cm，水池中倒入墨水以掩盖圆形平台。水迷宫上方安置有摄像机，用于同步记录大鼠运动轨迹。训练期间，水迷宫外参照物保持不变。

1.5.1定位航行实验

动物完成实验方案后，在每天的8：00 a.m.～11：00 a.m.进行4次训练，主要用于测量大鼠获取经验的能力，共6 d。4次训练依次选择A、B、C、D作为动物入水点，将大鼠面向池壁放入水池，同一次训练所有大鼠入水点相同。观察和记录每个大鼠寻找到平台的时间。

第1天训练作为适应性训练，不计入统计。如果大鼠在水中游泳一段时间后爬上站台，并在站台上停留时间超过3 s，则认为大鼠找到站台，软件系统将记录大鼠在水中游泳时间，此为寻找站台的潜伏期。如果大鼠90 s内未找到平台，人为将其引上平台，潜伏期记为90 s。大鼠每次爬上平台或被引上平台后，让其在平台上休息10 s。每个时间段内，4次潜伏期的算术平均值作为这一时间段的学习成绩。

1.5.2空间探索实验

在第6天训练后，撤除迷宫内的平台，于第7天进行空间探索实验，主要用于测量大鼠保存经验（记忆）的能力。选择平台象限的对侧象限（SW象限）作为入水点将大鼠面向池壁放入水中120 s。软件记录其第一次到达平台所在位置时间（潜伏期），大鼠游泳边界时间百分比、边界路程百分比、平均速度以及大鼠的游泳路径。空间探索实验只训练1次。

1.6MRI

1.6.1MRI扫描

在MCAO大鼠造模术后21 d使用7.0 T MRI扫描仪（PharmaScan，Bruker Biospin，Rheinstetten，Germany）对各组中Longa评分相近的4只大鼠进行扫描。扫描图像包括定位图、T2WI、T2map及DTI图。定位相序列类型为RARE，层厚1 mm，扫描层数8层，TR= 2000 ms，TE=32.2 ms，FA=180°，FOV=330×330 mm，矩阵为256×256；T2W序列类型为RARE，层厚0.7 mm，扫描层数30层，TR=5000 ms，TE=36 ms，FA=180°，FOV=330×330 mm，矩阵为256×256；DTI序列采用单次激发自旋平面回波序列（SE-EPI），弥散敏感梯度为非共线且非共面的30个梯度方向，b= 1000 s/mm2，同时包括5个b值为0 s/mm2的DTI图像，层厚0.7 mm，扫描层数30层，TR=7500 ms，TE=25 ms，FA=90°，FOV=330×330 mm，矩阵为256×256，相位编码方向为从左到右，平均激励次数4次。

1.6.2DTI数据处理

数据由同一实验人员在工作站采集，选取T2图上显示缺血灶面积最大的层面，在病灶侧选取缺血皮质区面积为1 mm2的感兴趣区（region of interest，ROI），以冠状位为中轴，在病灶对侧对应位置取相同面积感兴趣区。测定缺血灶感兴趣区FA、λ⊥和λ‖，计算病灶侧与对侧正常感兴趣区的相对值rFA、rλ⊥和rλ‖。

1.7统计学分析

2　结果

2.1学习能力

三组大鼠的潜伏期均随训练天数的增加呈下降趋势（P＜0.05）。组内比较显示，假手术组第2天潜伏期明显小于第1天（P＜0.01）；在运动训练组及自然恢复组大鼠中，第3天训练时潜伏期小于第1天（P＜0.05），而第2天训练潜伏期与第1天相比无显著性差异（P＞0.05）。在运动训练组大鼠中，第4天与第5天训练时潜伏期均小于第2天（P＜0.05）。在自然恢复组大鼠中，后4 d训练潜伏期两两比较均无显著性差异（P＞0.05）。见表1。

组间比较显示，自然恢复组大鼠各时间点训练的潜伏期均大于假手术组（P＜0.05）；运动训练组大鼠前3 d训练的潜伏期大于假手术组（P＜0.05），第4、5天训练时潜伏期与假手术组大鼠比较无显著性差异（P＞0.05）；在前3 d训练中，运动训练组大鼠与自然恢复组大鼠潜伏期无显著性差异（P＞0.05），但在第4、5天训练中，运动训练组大鼠潜伏期显著小于自然恢复组（P＜0.05）。见表1。

2.2记忆能力

三组大鼠之间潜伏期、边界时间百分比及边界距离百分比关系为：假手术组＜运动训练组＜自然恢复组。采用秩和检验进行组间比较，自然恢复组潜伏期、边界时间比及边界距离比均明显大于假手术组（P＜0.01）；与运动训练相比，自然恢复组大鼠边界时间比及边界距离比增加（P＜0.05）；然而运动训练组大鼠与假手术组大鼠相比，在潜伏期、边界时间比及距离比方面无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠平均速度值无显著差异（P＞0.05）。见表2。

自然恢复组大鼠游泳轨迹集中于周边区域，属于典型的边缘式游泳策略，而运动训练组及假手术组大鼠更有趋向性，目的性更强，并且游泳路线主要集中于平台所在象限。见图1。

表1　定位航行实验中潜伏期变化（s）

表2　空间探索实验中三组大鼠潜伏期，边界时间、距离比及平均速度

2.3磁共振

2.3.1皮质

2.3.1.1FA及rFA

采用方差分析进行组间比较，假手术组大鼠左侧（患侧）皮质感兴趣区FA（LFA）及rFA均高于运动训练组和自然恢复组（P＜0.05）。运动训练组大鼠LFA及rFA稍高于自然恢复组，但无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠右侧（健侧）FA（RFA）无显著性差异（P＞0.05）。见表3。

2.3.1.2λ‖及rλ‖

采用方差分析进行组间比较，假手术组大鼠左侧（患侧）皮质感兴趣区λ‖（Lλ‖）及rλ‖低于自然恢复组（P＜0.05），与运动训练组比较无显著性差异（P＞0.05）。运动训练组Lλ‖及rλ‖与自然恢复组比较无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠右侧（健侧）大脑皮质感兴趣区λ‖（Rλ‖）无显著性差异（P＞0.05）。见表4。

2.3.1.3λ⊥及rλ⊥

采用方差分析进行组间比较，假手术组大鼠左侧（患侧）皮质感兴趣区λ⊥（Lλ⊥）及rλ⊥低于自然恢复组（P＜0.05），与运动训练组比较无显著性差异（P＞0.05）。运动训练组Lλ⊥及rλ⊥与自然恢复组比较无显著性差异（P＞0.05）。三组大鼠右侧（健侧）大脑皮质感兴趣区λ⊥（Rλ⊥）无显著性差异（P＞0.05）。见表5。

2.3.2海马

三组大鼠双侧海马区FA、λ‖及λ⊥均无显著性差异（P＞0.05）；两侧海马区rFA、rλ‖及rλ⊥也无显著性差异（P＞0.05）。见表6、表7、表8。

图1　三组大鼠游泳轨迹

表3　三组大鼠皮质区感兴趣区FA及rFA比较

表4　三组大鼠皮质区感兴趣区λ‖及rλ‖比较

表5　三组大鼠皮质区感兴趣区λ⊥及rλ⊥比较

表6　三组大鼠海马感兴趣区FA及rFA比较

表7　三组大鼠海马感兴趣区λ‖及rλ‖比较

表8　三组大鼠海马感兴趣区λ⊥及rλ⊥比较

2.4磁共振指标与学习记忆能力指标相关性分析

皮质rFA与Morris水迷宫空间探索实验潜伏期呈负相关（P＜0.05）。rλ‖、Lλ⊥和rλ⊥与Morris水迷宫逃避潜伏期呈正相关（P＜0.05）。其中rλ⊥与潜伏期相关性较高（r=0.761，P＜0.01）。见表9。

3　讨论

表9　磁共振参数与Morris水迷宫逃避潜伏期的相关性分析

认知功能障碍是脑缺血损伤后患者常见的功能障碍，是制约脑卒中患者全面康复的重要因素。早期发现并及时干预认知障碍对患者身心功能的全面恢复有着特别重要的意义。本研究通过Morris水迷宫实验对MCAO大鼠的空间学习能力以及记忆能力进行研究。逃避潜伏期作为一个主要观察指标，它的时间长短也代表着动物空间学习记忆能力的好坏，潜伏期短，预示着动物的学习记忆能力好［9］。

本研究通过比较三组不同大鼠潜伏期发现，与假手术组大鼠相比，自然恢复组大鼠潜伏期明显延长，运动训练组与自然恢复组比较，潜伏期明显缩短。三组大鼠平均速度基本相同，可排除速度对于潜伏期的影响。从而提示MCAO后大鼠学习记忆能力减弱，康复训练可以提高大鼠学习记忆能力。在定位航行实验中，大鼠寻找平台所在位置的游泳策略是衡量动物分析判断能力及解决问题能力的指标。正常大鼠随着训练次数的增加，游泳轨迹更有趋向性及直线性，目的性较强，而痴呆大鼠可能更趋向于边缘性及随机性，趋向性及直线性较少［9］。从图1可以看出，自然恢复组大鼠在第7天训练中游泳轨迹仍集中于水池边缘，边界时间及距离比显著高于假手术组及运动训练组，而运动训练组及假手术组大鼠游泳轨迹及边界时间、距离比未见显著性差异。提示未经运动训练的MCAO大鼠认知损伤较重，记忆恢复较慢，而运动训练可显著改善脑梗死大鼠的认知功能。这与不少国内外动物实验结果［10-11］相一致。

目前有不少学者研究了运动训练促进认知功能改善的神经机制，主要集中于皮质及海马脑区某些蛋白分子表达、神经细胞增殖分化或者突触可塑性的研究［12］。

DTI是利用水分子在不均质组织中的扩散具有各向异性特征进行成像。人体组织的扩散特征大多表现为各向异性，尤以大脑白质为著。DTI通过改变扩散敏感梯度方向测量体素内水分子在各个方向上的扩散强度，在三维空间内定量分析组织内水分子的扩散运动，与常规MRI不同，DTI是以参数值而不是以灰阶反映组织特征，不同参数成像从不同的侧面反映体素内水分子的平均位移、分子位移差别及其主要方向。其中主要参数中最常用的是部分FA［13］。FA指扩散张量的各向异性部分与总扩散张量之比［14］，FA取值范围是0～1。FA的测量可以反映脑组织神经纤维排列方向的一致性及纤维束完整性，目前主要用于评价组织结构完整性、病理改变及组织结构和功能关系，是DTI的重要组成部分［15］。

λ‖和λ⊥分别代表着体素中平行和垂直于纤维方向的扩散系数。λ‖反映水沿着轴突的扩散运动，λ‖升高反映这种扩散运动更加自由。有研究表明，λ‖减少与缺血后的细胞毒性水肿有关［16］。λ⊥反映水垂直于轴突的扩散运动，当水分子接触到细胞膜和髓鞘时，运动会发生变形。λ⊥升高反映细胞结构的破坏和髓鞘损伤。虽然FA被广泛地使用，而λ⊥和λ‖可以提供更详细的关于扩散方向的信息，也可以更具体地体现组织变化的表征。因此，FA、λ⊥、λ‖协同研究可以更具体地了解其组织学变化。

Bhagat等研究表明，脑梗死后梗死区急性期和亚急性期的特点是标志性FA的减小，这是由于白质和灰质的结构小梁的破坏［17］。此外，λ⊥显著提高，λ‖保持不变，这与正常髓鞘壁的破坏和血管源性水肿的加重有关。在慢性期，由于血管性水肿进一步发展，形成囊腔，这个充满液体的囊性区域增加了水的自由运动，导致λ‖、λ⊥迅速升高；而FA不变或增加，这可能与运动和神经功能的恢复有关［18］。这与本实验中所观察到的自然恢复组及运动训练组大鼠左侧皮质梗死区λ‖、λ⊥的升高相一致，反映了大鼠脑梗死后皮质区血管性水肿的存在，导致水分子垂直及平行于轴突方向的扩散运动均更加自由。也有研究表明，随着缺血的持续，血管源性水肿引起细胞外自由水的相对增加，细胞膜碎裂，细胞坏死，结构小梁破坏，可能导致FA降低到正常值以下。因此，FA降低可能反映了细胞肿胀、血管源性水肿以及细胞坏死的过程。

本实验中脑梗死大鼠左侧皮质FA及rFA均有不同程度的降低，可能反映了脑梗死后大鼠皮质区细胞结构及髓鞘结构的破环，神经纤维完整性降低。而自然恢复组大鼠与运动训练组大鼠相比，左侧皮质FA、rFA降低，λ‖、λ⊥、rλ‖、rλ⊥升高更加显著。提示运动训练可以减轻梗死区血管源性水肿，促进神经纤维的损伤修复。而三组大鼠右侧皮质区FA、λ‖、λ⊥及其相对值无显著性差异，提示右侧皮质纤维结构未有明显损伤。

本实验中脑梗死大鼠双侧海马区FA、λ‖、λ⊥及其相对值与假手术组大鼠相比未见明显差异。提示实验所选取的海马区层面未出现纤维结构受损、血管性水肿等缺血改变。Huang等曾报道海马的血供主要是由大脑后动脉的分支供应，少部分由颈内动脉发出的脉络膜前动脉供应，因此MCAO并不会引起海马的缺血改变［19］。Block等的报道显示其改变可能与脑梗死后在其周围皮层形成的扩散性抑制波有关，扩散性抑制波会引起皮层释放过量的谷氨酸，过量的谷氨酸顺突触传递到同侧海马，引起同侧海马神经元的兴奋性中毒和环氧化酶2（COX-2）的升高，进而引起海马的炎症反应和神经元的凋亡退变［20］。由此可见脑梗死后海马区改变与原发性病灶的细胞坏死不同，主要以继发性细胞凋亡改变为主，可能细胞结构及纤维髓鞘结构未有明显破坏。然而脑梗死后与海马相关的学习记忆能力受损严重，考虑可能与皮质及海马未缺血区的纤维联系断裂有关。

本实验选取Morris水迷宫主要观察逃避潜伏期作为评价学习记忆能力好坏的指标。将其与脑梗死大鼠皮质感兴趣区磁共振参数（FA、λ‖、λ⊥）进行相关性分析。结果显示皮质感兴趣区rFA、rλ‖、rλ⊥及左侧λ⊥与潜伏期相关（P＜0.05），其中rλ⊥的相关性最高。2012年在临床研究中，Tang等发现单侧MCA梗死患者脑梗死灶的rFA与认知功能明显相关［21］，与本实验研究结果一致。但脑梗死后梗死灶λ‖、λ⊥及其相对值与认知功能的关系目前还未看到相关报道。本实验显示皮质的rFA、rλ‖、rλ⊥及患侧λ⊥可能是大鼠局灶性脑缺血后认知功能恢复的有效预测指标，其中rλ⊥的预测价值更为显著。

综上所述，局灶性脑缺血大鼠会出现学习记忆能力障碍，可能与缺血侧皮质区神经纤维损伤、皮质与海马未缺血区纤维联系断裂及缺血区血管源性水肿相关。而适当的运动训练可改善其学习记忆能力，并可促进大鼠皮质缺血区神经纤维损伤修复和减轻血管源性水肿。此外，DTI参数中，皮质的rFA、rλ‖、rλ⊥及患侧皮质区λ⊥可能是大鼠局灶性脑缺血后认知功能恢复的有效预测指标，其中rλ⊥的预测价值更高。本实验样本量偏低，此结果还需大量动物实验数据来验证。

［1］Brown J，Cooper-Kuhn CM，Kempermann G，et al.Enriched environment and physical activity stimulate hippocampal but not olfactory bulb neurogenesis［J］.Eur J Neurosci，2003，17 （10）：2042-2046.

［2］Hall J，Thomas KL，Everitt BJ.Rapid and selective induction of BDNF expression in the hippocampus during contextual learning［J］.Nat Neurosci，2000，3（6）：533-555.

［3］Radak Z，Kaneko T，Tahara S，et al.Regular exercise improves cognitive function and decreases oxidative damage in rat brain［J］.Neurochem Int，2001，38（1）：17-23.

［4］Cassilhas RC，Lee KS，Fernandes J，et al.Spatial memory is improved by aerobic and resistance exercise through divergent molecular mechanisms［J］.Neuroscience，2012，202：309-317.

［5］苑振云，姜向明，王铭维，等.自愿运动对快速老化小鼠学习记忆能力和海马生长相关蛋白43的影响［J］.第二军医大学学报，2012，33（1）：48-52.

［6］袁琼嘉，李垂坤，李雪，等.长期中等负荷运动对大鼠空间学习记忆及海马神经黏附分子的影响［J］.中国运动医学杂志，2012，31（12）：1075-1080.

［7］余茜，李晓红，吴士明.运动训练后脑缺血大鼠学习记忆与健侧脑内突触结构变化的关系［J］.中华物理医学与康复杂志，2002，24（7）：399-402.

［8］Longa EZ，Weinstein PR，Carlson S，et al.Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats［J］. Stroke，1989，20（1）：84-91.

［9］安徽正华生物仪器设备有限公司.Morris水迷宫实验准则［M］.安徽正华生物仪器设备有限公司，2013.

［10］Cassilhas RC，Lee KS，Fernandes J，et al.Long-term mild exercise training enhances hippocampus-dependent memory in rats［J］.Int J Sports Med，2015，36（4）：280-285.

［11］李玲，徐莉，袁华，等.康复训练促进脑梗死大鼠记忆功能的恢复［J］.第四军医大学学报，2000，21（12）：1555-1558.

［12］Jovanovic JN，Czernik AJ，Fienberg AA，et al.Synapsins as mediators of BDNF-enhanced neurotransmitter release［J］. Nat Neurosci，2000，3（4）：323-329.

［13］Guo AC，MacFall JR，Provenzale JM.Multiple sclerosis：diffusion tensor MR imaging for evaluation of normal-appearing white matter［J］.Radiology，2002，222（3）：729-736.

［14］Sundgren PC，Dong Q，Gomez-Hassan D，et al.Diffusion tensor imaging of the brain：review of clinical applications［J］. Neuroradiology，2004，46（5）：339-350.

［15］王海滨，陈文辉，乔松，等.磁共振DTI及DTT在脑梗死白质纤维束损伤中的应用［J］.放射学实践，2010，25（3）：267-270.

［16］Sen PN，Baser PJ.A model for diffusion in white matter in the brain［J］.Biophys J，2005，89（5）：2927-2938.

［17］Bhagat YA，Hussain MS，Stobbe RW，et al.Elevations of diffusion anisotropy are associated with hyper-acute stroke：a serial imaging study［J］.Magn Reson Imaging，2008，26（5）：683-693.

［18］Ding G，Jiang Q，Li L，et al.Magnetic resonance imaging investigation of axonal remodeling and angiogenesis after embolic stroke in sildenafil-treated rats［J］.J Cereb Blood Flow Metab，2008，28（8）：1440-1448.

［19］Huang YP，Okudera T.Arterial supply to the hippocampal formation［J］.Neuroimaging Clin NAm，1997，7（1）：31-50.

［20］Block F，Dihne M，Loos M.Inflammation in areas of remote changes following focal brain lesion［J］.Prog Neurobiol，2005，75（5）：342-365.

［21］汤翔宇，夏黎明.慢性期MCAO患者脑梗死灶扩散变化及海马继发改变与认知功能关系的DTI研究［J］.临床放射学杂志，2012，31（5）：623-627.

Effects of Exercise Training on Learning and Memory Ability and Diffusion Tensor Imaging in Rats after Focal Cerebral Ischemia

MIAO Pei，ZHANG Tong，MI Hai-xia，ZHANG Yu-ge
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine，Beijing 100068，China；2.Beijing Bo'ai Hospital，China Rehabilitation Research Center，Beijing 100068，China

Correspondence to ZHANG Tong.E-mail：zt61611@sohu.com

Objective To explore the effect of exercise training on learning and memory ability in rats with focal cerebral ischemia，and to analyze the changes of brain tissue structure of rats after exercise training through diffusion tensor imaging（DTI）.Methods Twenty-four SPF male Sprague-Dawley rats were randomly divided into sham operation group（n=8），natural recovery group（n=8）and exercise training group（n=8）.The left middle cerebral artery occlusion（MCAO）model was established.The exercise training group received running wheel training 24 hours after modeling，for 14 days.All groups were tested by the Morris water maze 15 days after modeling.The latency in the navigation experiment，as well as the first latency，boundary swimming time ratio，the boundary swimming distance ratio，the average speed and the swimming path in the space exploration experiment were recorded.Four rats with similar Longa scores in each group received routine magnetic resonance imaging and DTI scanning，the fractional anisotropy（FA），axial diffusivity（λ‖），and radial diffusivity（λ⊥）of isch-emic cortex and hippocampal lesion and contralateral side were measured.Results In the navigation experiment，the latency of three groups showed a downward trend along with training days（P＜0.05）.The latency was longer in all the time points in the natural recovery group than in the sham operation group（P＜0.05），and was longer in the first three days in the exercise training group than in the sham operation group （P＜0.05），however，there was no significant difference between them in the last two days（P＞0.05），while it was shorter in the exercise training group than in the natural recovery group in the same time（P＜0.05）.In the space exploration experiment，the latency，the boundary swimming time ratio and the boundary swimming distance ratio were more in the natural recovery group than in the sham operation group（Z＞2.627，P＜0.01），and the latter two indexes were also higher in the natural recovery group than in the exercise training group（Z＞2.521，P＜0.05）.No significant difference was found in the average speed among three groups（P＞0.05）.The swimming paths in the exercise training group and the sham operation group were better than that of the natural recovery group.The FA and rFA in the left cortical area were higher in the sham operation group than in the exercise training group and the natural recovery group（P＜0.05），however，no significant difference was found between the exercise training group and the natural recovery group（P＞0.05）.There was no significant difference in the FA in the right cortical area among three groups（F=0.532，P=0.607）.The λ⊥，λ‖，rλ‖and rλ⊥in the left cortical area were lower in the sham operation group than in the natural recovery group（P＜0.05），and no significant difference was found from the exercise training group to the natural recovery group，nor to the sham operation group（P＞0.05）.There was no significant difference in the λ⊥and λ‖in the right cortical area among three groups（F＜1.030，P＞0.05）.There was no significant difference in the FA，λ⊥，λ‖and rFA，rλ⊥and rλ‖in the bilateral hippocampal interest area among three groups（F＜1.845，P＞0.05）.The rFA，rλ‖，rλ⊥and left λ⊥were correlated with the latency in the space exploration experiment in the Morris water maze test（P＜0.05），in which the correlation coefficient of rλ⊥was the highest（r=0.761，P＜0.01）. Conclusion Proper exercise training can improve the learning and memory ability of rats with focal cerebral ischemia，and can promote the repair of nerve fiber damage and reduce the vascular edema.In addition，the rFA，rλ‖，rλ⊥and λ⊥of ischemic cortex may be predictors of cognitive function recovery in rats after focal cerebral ischemia，especially rλ⊥.

focal cerebral ischemia；exercise training；learning and memory ability；diffusion tensor imaging

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.08.005

中国康复研究中心与广东天普生化医药股份有限公司合作项目（No.2015HZ-7）。

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，北京市100068。作者简介：缪培（1992-），女，汉族，河北保定市人，硕士研究生，主要研究方向：神经康复。通讯作者：张通，男，博士，主任医师，教授，博士生导师。E-mail：zt61611@sohu.com。

R743.3

A

1006-9771（2016）08-0896-08

（2016-06-15

2016-07-22）