不同强度有氧+力量混合运动对老年大鼠海马神经发生的影响

蓝永生 张殿禹 蒋艳杰

(长春师范大学体育学院，吉林 长春 130032)

海马是大脑边缘系统的组成部分，是与学习记忆及空间定位相关的关键脑区〔1〕。其中海马齿状回颗粒细胞下层存在大量神经干细胞，可最终分化为颗粒细胞。新生成的细胞可融入已有的齿状回颗粒细胞层，其轴突可投射到海马回CA3区，并与该区域的中间神经元和椎体细胞等建立突触联系〔2，3〕。与绝大部分脑区不同的是，此区域细胞可终身保持分化能力〔4〕。新生神经元与现有神经元相比具有更强的神经可塑性〔1〕，对提高和维持海马功能具有重要意义。海马功能降低是阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的主要表型〔5〕。研究表明促进成年海马神经发生对改善相关神经退行性疾病有积极作用〔6〕。研究表明运动能够促进成年海马神经发生，并缓解认知功能衰退〔7，8〕。有氧运动对成年海马神经发生的促进作用已被证实〔9，10〕，而有氧+力量混合运动的作用效果目前尚不清楚，导致参加有氧+力量混合运动人群缺少相应的指导方案。本文分析不同强度的有氧+力量混合运动对老年大鼠海马神经发生促进的作用。

1 材料与方法

1.1实验动物与分组 18月龄雄性Wistar大鼠32只，自由采食、进水。随机分为小强度运动组(SL组)，体重(237±12.25)g；中强度运动组(ML组)，体重(238±12.46)g；高强度运动组(HL组)，体重(237±12.38)g；对照组(CG组)，体重(235±9.29)g。各组体重差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2运动器械与方案 大鼠适应性饲养1 w。SL组、ML组和HL组进行5 d适应性训练，第1～4天训练方案为坡度0°，速度15 m/min的跑台运动，时间由20 min逐渐过渡到30 min。第5天训练方案参考以前训练方法〔11〕：SL组进行有氧运动+无负重跑台运动，ML组进行有氧运动+5%体重跑台运动，HL组进行有氧运动+10%体重跑台运动。负重方式以大鼠腰背施加重物方式实现，负重重量根据体重每周调整1次。跑台坡度5°，跑速15 m/min，运动时间30 min。第一天正式训练后即刻眼内眦取血，乳酸仪测血乳酸。各组血乳酸含量分别为：CG组(1.1±0.1)mmol/L，SL组(3.0±0.2)mmol/L，ML组(3.4±0.2)mmol/L，HL组(3.7±0.2)mmol/L。血乳酸浓度均<4 mmol/L，说明机体代谢类型以有氧氧化为主〔12〕，满足实验要求。此方案持续8 w，每周运动5 d(周一至周五)。CG组正常饲养，无需运动。

1.3水迷宫测试 每组选取4只进行水迷宫测试。测试环境为黑色背景圆形水槽，水槽内壁贴有标志性图片供动物确认方位。水槽里水温(22±2)℃，深50 cm。平台放置于第三象限，平台顶部低于水面2 cm。大鼠分别从第一象限和第二象限入水。从入水到爬上平台，且在平台上停留5 s视为实验结束。如大鼠在90 s内仍找不到平台，则需手动将大鼠放置在平台上熟悉10 s。通过计算机连摄像头记录大鼠从入水到找到平台的时间(潜伏期)，共记录6 d。第7天需将平台撤掉，但需通过软件在原平台位置设置一个虚拟平台，统计90 s内大鼠穿越虚拟平台的次数及在第三象限逗留时间。

1.4免疫组化检查 每组剩下4只腹腔注射5-溴脱氧尿嘧啶核苷(BrdU)，间隔4 h注射1次，共注射4次。最后1次注射后12 h分离大鼠脑组织，经4%多聚甲醛固定、30%蔗糖溶液脱水后，进行冰冻切片。冰冻切片经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)封闭30 min，BrdU抗体处理2 h，磷酸盐缓冲液(PBS)冲洗，荧光二抗处理30 min，PBS冲洗，4′,6-联脒-2-苯基吲哚二盐酸盐(DAPI)处理30 min，PBS冲洗，甘油封片，用共聚焦显微镜拍照，并统计新生神经元数量。

1.5统计方法 采用SPSS15.0软件进行单因素方差分析、LSD-t检验。

2 结 果

2.1水迷宫测试潜伏期变化趋势 与CG组相比，SL组和ML组潜伏期显著缩短(P<0.01)，随着运动强度提高，潜伏期呈升高趋势；穿越虚拟平台次数呈现相反变化趋势(P<0.01)。各组游泳速度没有变化(P>0.05)。见表1。

2.28 w训练后海马神经发生数量变化趋势 与CG组相比，SL组和ML组海马神经发生数量显著增多(P<0.01)。见表1。

表1 各组水迷宫测试和免疫组化检查结果

与CG组比较：1)P=0.002，2)P=0.005，3)P=0.002，4)P=0.008，5)P=0.001

3 讨 论

有氧+力量混合运动是大众健身重要组成部分，一直受众多学者关注〔13～15〕。该混合运动有两种运动形式：①两者分别练习。因此种形式需对有氧运动和力量训练进行分别监控，对运动强度和持续时间有严格要求，更适合有运动经验的人进行。②两者同时练习。此种运动形式是在有氧运动同时加入力量训练元素，只需控制血乳酸浓度在4 mmol/L以内即可。水迷宫是测试动物空间认知能力的经典行为学实验。大鼠擅长游泳，但厌恶水环境，一旦知道了隐藏平台的位置便会以最快速度从入水点逃避到平台上。到达平台的时间(潜伏期)可反映动物的空间认知能力。撤掉平台后90 s内穿越虚拟平台的次数反映动物的空间记忆能力。BrdU可在DNA合成期(S期)代替胸腺嘧啶整合到新生成的DNA中，并随着DNA复制进入子细胞中。利用BrdU的特异性抗体可判断细胞的增殖能力〔16〕，因此BrdU是被用来研究成年海马神经发生过程中常用标记物。DAPI可与DNA形成强荧光复合体，在荧光显微镜下呈蓝色荧光，常用于普通细胞核染色〔17〕。本研究结果说明中小强度有氧+力量混合运动能够提高海马功能。但成年海马神经发生对运动强度具有依赖性，运动强度过大可能不利于促进海马功能。

脑内酮体含量可能是运动促进海马神经发生的重要原因。因血乳酸浓度<4 mmol/L能够动员脂肪分解，提高血液中酮体含量。酮体中的β-羟基丁酸和乙酰乙酸能够通过提高线粒体的功能起到神经保护的作用〔18〕，还可促进脑源性神经营养因子(BDNF)的表达，营养海马神经元，促进神经元增殖和分化。但随着运动强度提高，脑内CO2分压降低，血管收缩，脑部血流量减少〔19〕，导致脑内酮体含量降低，BDNF表达下调，最终表现为成年海马神经发生降低。太极拳等运动形式均属于有氧+力量混合运动，并可通过重心高低灵活调节运动强度，有助于提高老年人海马功能，但需以中小强度为主。