持续与间歇重复跑台运动对大鼠空间学习记忆能力及海马BDNF基因表达的影响*

宋淑华，朱滢桔，董秀娟，马丽艳，王廷华，孙振武△

（1.云南师范大学体育学院 昆明650500；2.昆明医科大学神经科学研究所，云南 昆明650500）

大量研究证实［1-2］，运动可以促进大脑的学习记忆功能，而学习记忆能力与神经营养因子的表达有关。脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）作为重要的神经因子，在中枢神经系统中发挥重要作用，可增强海马神经元突触可塑性和长时程效应，增加CA1区［3］和DG区树突数量，对缺血性脑损伤有保护作用［2］。研究显示［4］，学习记忆能力增强与持续训练上调BDNF表达有关。目前，间歇训练对学习记忆影响的研究不多。2007年美国运动医学会和心脏学会在大量既往研究的基础上发布最新的运动指南，指出每天进行3次中等强度的运动，锻炼效果比一次长时间运动要好。朱蔚莉［5］指出，间歇运动较持续运动能更好地改善心血管健康，提高运动效果，具有更高的实际价值。本实验拟通过观察6周跑台训练，比较持续训练与间歇训练对改善学习记忆能力及对海马BDNF基因表达影响的差异，为采取更有效的运动方式维护健康提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

成年雄性SD大鼠24只，体重180～200 g，购自昆明医科大学动物中心。大鼠分笼饲养，自由饮食饮水，自然光照动物房，室内温度（20±5）℃，相对湿度40%～60%。

1.2 动物分组与运动方式

将大鼠随机分为3组（n＝8）：空白对照组（sedentary control group，SC）、持续训练组（continuous training group，CT）和间歇训练组（interval training group，IT）。空白对照组不运动。运动组适应性训练7 d，第1天大鼠以坡度0°、跑台速度10 m／min，进行跑台（ZH-PT型动物实验跑台，安徽正华生物仪器设备有限公司）训练15min，第2～3天速度增加到18m／min，训练15 min；第4～6天跑台速度增加到24 m／min，训练15 min；第7天休息。适应性训练结束后，运动组按表1进行6周跑台训练。

Tab.1 Animal group and training program（n＝8）

1.3 水迷宫测试

Morris水迷宫为一直径160 cm、高50 cm的圆形水池，水池内壁涂为黑色，池内水深31 cm，水温（22±2）℃，光照恒定，无光线直射在水池内。环绕池壁以4个等距点将水池均分为4个象限，在目标象限中央放置一个直径12 cm、高21 cm的圆形黑色站台［6］。迷宫上方安置摄像机，同步记录大鼠运动轨迹。测试前一天，所有大鼠分别放入池中自由游泳5min，熟悉水环境。水迷宫测试包括定位航行实验和空间探索实验，分别用于测试大鼠的学习能力和记忆能力。定位航行实验持续4 d，分别从Morris水迷宫各象限固定位置将大鼠头部朝向池壁放入水池中，大鼠找到平台并在平台上稳定5 s定为找到平台，该次实验结束，否则继续记录轨迹。如果大鼠到60 s时还未找到平台，潜伏期记录为60 s，并由实验人员将大鼠引导到平台休息10～30 s。实验第5天时撤除平台，对各组大鼠进行空间探索实验测试，时间为2 min，选择在离靶象限（即黑色站台所在象限）最远的象限放入大鼠，记录大鼠运动轨迹并进行数据分析。

1.4 样品获取

腹腔注射3.6%水合氯醛（1 ml／100 g体重）麻醉大鼠。剪开头皮，打开颅骨取出全脑，从脑中分离出海马并放入无菌EP管中，-80℃保存。

1.5 基因测试

提取海马组织细胞总RNA，反转录合成cDNA，QT-PCR检测BDNFmRNA表达水平，实时检测反应过程中的每一循环的系统荧光强度。引物序列见表2。

Tab.2Primer sequence

1.6 统计学处理

所有数据均以均数±标准差（）表示，统计处理用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），并用LSD进行组间比较。

2 结果

2.1 定位航行实验

表3显示，与SC组相比，CT、IT组定位航行潜伏时间明显缩短（P＜0.01，P＜0.01），CT与 IT两个训练组之间无统计学差异；CT组和IT组靶象限外周围时间和路程数据均明显短于 SC组（P＜0.05，P＜0.01），而 CT和 IT之间无统计学差异。

Tab.3 The spatial learning ability of the three groupsmeasured by Morriswatermaze test（，n＝8）

Tab.3 The spatial learning ability of the three groupsmeasured by Morriswatermaze test（，n＝8）

SC：Sedentary control group；CT：Continuous training group；IT：Interval training group*P＜0.05，**P＜0.01 vs SC group

Group Escape latency（s）Time spent around the target（s）Distance around the target（mm）SC 56.7±44.3 29.1±20.3 3410±1496 CT 21.2±8.3** 5.8±4.4* 1680±855*IT 13.7±3.5** 2.5±1.8** 519±240**

2.2 空间探索

空间探索实验结果显示，撤除站台后，各组大鼠入水后均积极搜索，表现出对原有站台的记忆。与SC组相比，CT组和 IT组的站台中心路程明显增加（P＜0.05，P＜0.05），周围路程明显减少（P＜0.05，P＜0.05），两个训练组 CT与 IT之间无统计学差异（表4）；与SC组和CT组比较，IT组潜伏期与站台周围时间两项指标明显缩短（P＜0.05），而SC和CT两组之间无统计学差异。

2.3 海马BDNFmRNA表达水平的变化

大鼠海马BDNFmRNA表达的相对值为：SC组0.00068±0.00027、CT组 0.00070±0.00018、IT组 0.00235±0.0010，可见IT组大鼠海马BDNFmRNA表达水平较SC组和CT组明显升高（P＜0.05，表5），而CT组与SC组相比无明显的变化。

Tab.4 Cognitive performance of the three groups evaluated by Morriswatermaze test（，n＝8）

Tab.4 Cognitive performance of the three groups evaluated by Morriswatermaze test（，n＝8）

SC：Sedentary control group；CT：Continuous training group；IT：Interval training group*P＜0.05 vs SC group；＃P＜0.05 vs CT group

Group Center distance（mm）Distance around the target（mm）Escape latency（s）Time spent in platform（s ）SC 11080±4506 12786±5334 120.0±3.5 60.0±25.2 CT 13608±5680* 10682±5210* 117.3±3.6 55.2±20.3 IT 15032±5893* 9638±5838* 82.6±22.3*＃ 41.3±10.4*＃

Tab.5The expression of BDNFmRNA of the three groups

3 讨论

大量研究证实，各种形式的有规律的适宜运动如游泳［7］、跑台［8］，均有改善学习记忆能力的作用，实验中的运动多以持续运动为主［8］，实验模型多以动物居多［9，10，11］。韩国学者Koo JH等［1］对阿兹海默病模型大鼠施加持续跑台训练，发现持续训练可以促进大脑的学习记忆功能。Zsolt R等［12］观察大鼠游泳训练9周后，其短时与长时记忆能力均得到明显提高，该结果与王泽军等［2］研究结果基本一致。关于间歇训练的研究，其研究方案和目的则呈多样化。王红雨等［13］以24名肥胖大学生为研究对象，以80%～90%最大心率强度训练2min，50%最大心率强度进行间歇调整，发现强化间歇训练改善心肺耐力的效果优于持续训练。乔秀芳等［14］先以坡度 10°，26.8 m／min的跑速让大鼠运动 1 min，后以坡度0°，5m／min的跑速休息3 min，每天连续重复20次的间歇方案研究骨骼肌、心肌和肝脏的自由基代谢。这种间歇方案实质上是在高低运动强度之间进行变换，即在间歇期内并不是完全停止运动而是从事低强度运动。谢顺成等［15］采用将运动分3次，每次不低于10 min，每两次间隔30 min的运动方案，研究不同强度间歇跑台训练对生长期大鼠骨量、骨密度的影响。本研究方案设计与谢顺成等的方案类似，运动应激在打破与重建转换中不断增强，从而增加有利因素的产生。

Morris水迷宫是通过让实验动物学习在水中寻找隐藏平台并通过分析其寻找平台所用时间和所走路径测试实验动物对空间位置觉和方向觉（空间定位）的学习记忆能力，进而判断实验动物记忆功能好坏。本文大鼠行为学测试结果显示，经过6周的跑台训练后，两训练组大鼠对寻找平台的记忆能力优于安静对照组。值得注意的是，与SC组及CT组相比，IT组潜伏期、站台周围时间均显著缩短，差异有统计学意义。提示IT组大鼠能经过更短的搜索时间找到平台，对平台的搜索带有一定的使命性和方向性，反映出经过间歇跑台训练的大鼠其记忆能力优于持续训练组。

基因检测表明，与SC组和CT组比较，IT组BDNFmRNA表达显著增高，提示间歇训练提高学习记忆能力的机制可能与海马BDNF基因高表达有关。徐波［9］研究表明，8周递增跑台训练可增强大鼠的学习记忆能力，与海马BDNF基因表达增加有关。César RS［16］连续观察 28 d跑台运动对癫痫小鼠空间记忆和成熟BDNF表达的影响，发现（癫痫+运动）组小鼠海马的成熟BDNF表达较癫痫组显著增加。Sartori CR［17］也证实，运动可使海马BDNFmRNA的表达量增加。本研究与以上学者研究结果基本一致。综上所述，间歇重复训练组的记忆能力优于持续训练组，这可能与间歇重复运动较持续运动更有利于促进海马BDNF基因的高表达有关。

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